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A. Experimentelle Forschungsprojekte

Drittmittelförderung:

Die Forschungsprojekte der nephrologischen Arbeitsgruppe werden durch folgende DFG-Fördermaßnahmen unterstützt:

1)      SFB 593, Teilprojekt A7

2)      FOR 1086, Teilprojekt 4

3)      Sachmittelbeihilfe Ko 1899/10-1

4)      Sachmittelbeihilfe Gr 1653/6-1


Einzelprojekte:

Die experimentellen Forschungsprojekte gliedern sich in folgende Bereiche auf:

a) Funktion endothelialer Ionenkanäle und deren Bedeutung bei arterieller Hypertonie

b) Ionenkanäle und Kompartimentierung sowie deren pathologische Bedeutung

c) Nierenfibrose und deren Regulation durch Ionenkanäle.

Darüber hinaus werden

d) Nierentransplantatrejektion und lymphozytäre Ionenkanäle untersucht.


a) Endotheliale Ionenkanäle und arterielle Hypertonie

Die Endothelschädigung und eine endotheliale Funktionsstörung stehen am Beginn einer Kaskade von Schädigungsprozessen der Arterienwand,  die zur Arteriosklerose und deren Folgeschäden führen. Die Prozesse, und hier insbesondere die endotheliale Dysfunktion, sind bei arterieller Hypertonie und Niereninsuffizienz besonders akzelleriert. In unserer Arbeits­gruppe konnte die spezifische regulatorische Funktion von Ionenkanälen im bei endothelialer Dysfunktion und bei arterieller Hypertonie sowie beim pathologischen Gefäßwand­remodel­ling aufgezeigt werden. Vorrangig werden Kaliumkanäle bei der endothelabhängigen Vaso­dila­tation, mechanosensitive Ca-Kanäle bei Hypertonie sowie K2P-Kanäle des Endothels untersucht. Weiterhin werden spezifische Kaliumkanäle beim Remodelling, Intima­pro­lifera­tion und bei Restenoseprozessen untersucht.

Im Rahmen der aktuellen Projekte konnte die Arbeitsgruppe nachweisen:

i) dass das EDHF-System, eines der drei wichtigen vasodilatatorischen Systeme des Gefäß­endothels, auf der Funktion von zwei Ca-aktivierten Kaliumkanälen beruht. Im knock-out-Modell führt die Defizienz der Kanäle zur Blutdrucksteigerung und könnte somit eine Bedeutung bei der Entstehung einer arteriellen Hypertonie haben (Publikation: Brähler et al., Circulation, 2009; Si et al., Circ. Res., 2006).

ii) Der Ca-permeable TRPV4-Kanal konnte als endothelialer Mechanosensor, der die flussabhängige Vasodilatation steuert, identifiziert und eine Störung mechanosensitiver Kationenkanäle bei experimenteller Hypertonie nachgewiesen werden (Hartmannsgruber et al., PLoS One, 2006; Köhler et al., ATVB., 2006).

iii) Ca-aktivierte Kaliumkanäle spielen eine wichtige Rolle bei der Hyperproliferation von glatten Gefäßmuskelzellen der Intima und ihre spezifische Blockade kann therapeutisch im experimentellen Restenosemodell eingesetzt werden (Köhler et al., Circulation, 2003).

iiii) In einem neueren Projekt wird zusammen mit den Arbeitsgruppen einer DFG-Forschergruppe die Funktion von sog. Zwei-Poren-Kanälen bei die vasodilatatorischen Funktion des Gefäßendothels untersucht. (FOR 1086, TP 4)


b) Ionenkanäle und funktionelle Kompartimentierung

Im Gefäßendothel stellen Caveolae hochspezialisierte Membranareale bzw. –kompartimente dar, in denen durch Assemblierung unterschiedlicher Proteine spezifische Funktionen, wie z.B. die NO-Synthese, lokalisiert sind. Unsere Arbeitsgruppe untersucht durch in vitro-, in situ- und in vivo-Studien welche Ionenkanäle in Caveolae integriert sind, welche funktionelle Bedeutung diesen Kanälen im Zusammenspiel mit anderen caveolären Proteinen zukommt und welchen Veränderungen das caveoläre Kompartiment mit den assoziierten Kanäle unter pathologischen Bedingungen unterliegt. Ebenso werden die posttranslationale Regulation und das trafficing der Ionenkanäle bezüglich ihrer Integration in die Caveolae untersucht. Die Untersuchungen erfolgen als Teilprojekt im SFB 593 in enger Kooperation mit den Arbeitsgruppen des SFB. (SFB 593, TP A 11).

 

c) Nierenfibrose und Ionenkanäle

Die Prognose einer chronischen Niereninsuffizienz wird ganz wesentlich durch den Grad bzw. den Progress der interstitiellen Fibrose bestimmt. Eine zentrale Rolle kommt dabei den matrixproduzierenden Fibroblasten des renalen Interstitiums zu. In zellbiologischen und tier­experimentellen Untersuchungen konnten wir zeigen, dass die Aktivierung von Fibro­blasten durch Kaliumkanäle reguliert wird. Nach Rezeptorstimulation durch bFGF oder TGF-ß werden über den RAS-RAF-MEK-ERK-Signaltransduktionsweg Kaliumkanäle des Subtyps KCa3.1 hochreguliert. Sie bewirken über einen Kaliumausstrom einen gesteigerten Ca-Einstrom in die Zelle mit nachfolgender Stimulation der Zellproliferation. In tierexperimen­tellen Untersuchungen konnte die Regulation der Fibroblastenaktivität durch die KCa3.1 auch in vivo nachgewiesen werden: die Fibroseentstehung im UUO-Fibrosemodell war bei KCa3.1-defizienten Mäusen im Vergleich zu Wildtyp-Kontrollen hochsignifikant inhibiert. Die pharma­kolo­gische Blockade des Kaliumkanals mit einer spezifischen Blockersubstanz hatte in einer mehrwöchigen Studie den gleichen Effekt, so dass hieraus ein neuer therapeutischer Ansatz  zur antifibrotischen Behandlung nierenkranker Patienten abgeleitet werden kann. (Publikationen: Grgic et al., PNAS, 2009).

 

d) Transplantation: Lymphozytäre Ionenkanäle und Transplantatrejektion

Kaliumkanäle der Subtypen Kv2.1 und KCa3.1 regulieren die Proliferation von T-Lympho­zyten. In einer klinischen Studie konnten wir nachweisen, dass T-lymphozytäre KCa3.1 bei nierentransplantierten Patienten sehr gut mit einer T-Lymphozytenaktivierung korreliert und sie klinisch als frühzeitiger laborchemische Marker für eine Abstossungsreaktion fungieren. Bei inzipienter Rejektion können sie bereits vor einem Anstieg des Serumkreatinin die Hoch­regulation der KCa3.1 an Lymphozyten der Patienten mit bioptisch gesicherter Transplantat­­rejektion nachge­wiesen werden. (Publikation: Grgic et al., Transplantation Proc., 2009).  

 

 

Methodenspektrum der eigenen Arbeitsgruppe

Gentechnik: Etablierung von eigenen knock-out Mäusen, Züchtung von mehrfach transgenen Mäusen.

Elektrophysiologie: Sämtliche Patch-clamp-Techniken. Punktionselektrophysiologie.

Zellbiologie und Biochemie: Sämtliche PCR-Techniken inkl. single-cell real-time PCR. Western- und Northern-Blotting. FACS-Analyse, Gen-Transfektion.

Imaging: Konfokale Mikroskopie, Fluoreszenzmikroskopie; Immunhistologie.

Physiologie: Perfusionsmyographie; kardiovaskuläre Telemetrie, Blutdruckmessungen.

Tierexperimentell: exp. Hypertoniemodelle: inkl. SHR, SHRSP,   Nierenarterienstenose­ u. ANGII-induzierte HT.

Restenosemodell: Ballondilatation der A. carot. und A. fem.

Nierenfibrosemodelle: UUO- und Ischämie-Reperfusion-Modelle

Kardiale Fibrose: Aortenbanding-Modell

Transplantation: Fisher-Lewis-Nierentransplantation; Arterientransplantation der A. carotis

 

 

B. Klinische Forschungsprojekte

 

Tubulopathien

Vor dem Hintergrund der langjährigen Forschungsarbeiten zu Ionenkanälen und –transportern hat sich auch im klinischen Bereich eine Spezialisierung auf  Krankheiten mit Störungen von Kanälen und Transportern entwickelt. In der nephrologischen Spezialambulanz werden Patienten mit spezifischen Elektrolytstörungen (insbes. Kaliumstörungen) oder V.a. auf Tubulopathien (z.B. Dent´sche Erkrankung) bezüglich des Vorliegens einer Kanalopathie oder Transporterfehl­funktion untersucht. Neben einer genauen klinischen Phänotypisierung werden mit gentechnischen Untersuchungsmethoden Mutationen in Kanal- oder Transporter­genen nachgewiesen und ggf. zellbiologisch und elektrophysiologisch auf ihre phänotypische Relevanz untersucht. (Publikationen: Grgic et al., NDT, 2009; Brakemeier et al., Kidney Int., 2005; Maier und Hoyer, DMW, 2006).

 

Nierenamyloidose und autoinflammatorische Erkrankungen

Das Auftreten einer Amyloidose stellt im Rahmen einer autoinflammatorischen oder einer rheumatischen Erkrankung eine schwerwiegende Komplikation dar, die die weitere Prognose des Patienten entscheidend mitbestimmt. Unter den autoinflammatorischen Erkrankungen gibt es neben dem rel. häufigen Mittelmeerfiebersyndrom eine Reihe sehr seltener genetisch bedingter Erkrankungen. Hierunter sind insbesondere die kälteinduzierten Fiebersyndrome mit Mutationen im sog. CIAS-Gen, die zu einer Überstimulation des Interleukin 1-Rezeptors führen, mit einem oft schwerwiegenden Krankheitsverlauf assoziiert. In unserer Spezialambu­lanz konnten bei einer Reihe von Mitgliedern aus zwei Familien ein Muckle-Wells-Syndrom mit CIAS-Gen-Mutationen sowie Patienten mit einem CINCA-Syndrom identifiziert werden. Im Rahmen einer internationalen multizentrischen Phase II- Studie konnte mit einem spezi­fi­schen Antikörper gegen den Interleukin-1alpha-Rezeptor eine hocheffiziente Behandlung der betroffenen Patienten erreicht werden. Unter einem ausge­dehnten immunologischen sowie internistisch-nephrologischen Monitoring wird für diese Patienten nun eine Langzeittherapie etabliert, um ein Fortschreiten der autoinflamma­torischen Erkrankungen und der Organ­amyloi­dose langfristig zu unterbinden. (Publikation: Lachmann et al., Arthritis Rheumatism, submitted).

 

Nierentransplantation

In unserer Klinik werden seit annähernd 40 Jahren Nierentransplantationen sowie kombinierte Nieren- und Pankreastransplantationen durchgeführt. Neben der Mitwirkung in der Versor­gungs­­forschung im Rahmen der internationalen CTS-Studie werden in eigenen Studien u.a. neue kontrastmittelgestützte Ultraschallverfahren zur Evaluation der Transplantatfunktion und zur Rejektionsdiagnostik untersucht. Gleichfalls werden Studien zur Untersuchung des Einflusses von arterieller Hypertonie und von chronischer Kochsalzzufuhr auf das langfristige Outcome von Nierentransplantaten durchgeführt.

 

Hypertonie

Im Bereich der Hypertonieforschung werden neben den verschiedenen experimentellen Forschungsprojekten zu arterieller Hypertonie auch klinische Hypertoniestudien durchgeführt. Es werden Outcome-Studien zum Einfluss von arterieller Hypertonie auf das Ergebnis bzw. den Langzeitverlauf von Nierentransplantationen vorgenommen. Weiterhin liegt ein Schwerpunkt in der Untersuchung von Na-Zufuhr auf die Entstehung, Therapie und Prognose von Patienten mit essenzieller Hypertonie. (Publikationen: Hoyer et al., DMW, 2009).

 

 
 

Auswahl von Originalpublikationen der letzten fünf Jahre:

 
1. Grgic I, Kiss E, Kaistha BP, Busch C, kloss M, Sautter J, Müller A., Kaistha A, Schmidt C, Raman G, Wulff H, Strutz F, Gröne H-J, Köhler R, Hoyer J. Renal fibrosis is attenuated by targeted disruption of Kca3.1 potassium channels.    Proc Natl Acad Sci USA 106: 14518-23, 2009. IF: 9.4
2. Brähler S, Kaistha A, Schmidt J, Wölfle SE, Busch C, Kaistha BP, Kacik M, Hasenau AL, Grgic I, Si H, Bond CT, Adelman JP, Wulff H, deWit C, Hoyer J, Köhler R. Genetic defizit of SK3 and IK1 channels disrupts the endothelium-derived hyperpolarizing factor vasodilator pathway and causes hypertension. Circulation 119: 2323-32, 2009.     
IF: 14.6
3.
Grgic I, Si H, Depboylu C, Höglinger GU, Busch C, Heyken WT, Kuhlmann U, Maier T, Köhler R, Hoyer J. Hyperkalaemia in a tetraplegic adolescent due to de novo sodium channel mutation. Nephrol Dial Transplant. 23: 1449-51, 2008 IF: 3.2
4.
Hartmannsgruber V, Heyken WT, Kacik M, Kaistha A, Grgic I, Harteneck C, Liedtke W, Hoyer J, Kohler R. Arterial response to shear stress critically depends on endothelial TRPV4 expression. PLoS ONE. 2007 Sep 5; 2(9):e827. IF: not determined
5. Si H, Heyken WT, Wolfle SE, Tysiac M, Schubert R, Grgic I, Vilianovich L, Giebing G, Maier T, Gross V, Bader M, de Wit C, Hoyer J, Köhler R. Impaired endothelium-derived hyperpolarizing factor-mediated dilations and increased blood pressure in mice deficient of the intermediate-conductance Ca2+-activated K+ channel. Circ Res 99: 537-544, 2006. IF: 9.9
6. Si H, Grgic I, Heyken WT, Maier T, Hoyer J, Reusch HP, Köhler R. Mitogenic modulation of Ca2+-activated K+ channels in proliferating A7r5 vascular smooth muscle cells. Br J Pharmacol 148(7):909-17, 2006. IF: 3.8
7. Köhler R, Heyken WT, Heinau P, Schubert R, Si H, Kacik M, Busch C, Grgic I, Maier T, Hoyer J. Evidence for a functional role of endothelial transient receptor potential V4 in shear stress-induced vasodilatation. Arterioscler Thromb Vasc Biol 26:1495-502, 2006. IF: 6.9
8. Köhler R, Eichler I, Schönfelder H, Grgic I, Heinau P, Si H, Hoyer J. Impaired EDHF-mediated vasodilation and function of endothelial Ca2+-activated K+ channels in uremic rats. Kidney Int 67: 2280-7, 2005.
IF: 4.8
9. Grgic I, Eichler I, Heinau P, Si H, Brakemeier S, Hoyer J, Köhler R. Selective Blockade of the intermediate-conductance Ca2+-activated K+ channel suppresses proliferation of microvascular and macrovascular endothelial cells and angiogenesis in vivo. Arterioscler Thromb Vasc Biol 25: 704-9, 2005
IF: 6.9
10.
Köhler R, Eichler I, Schönfelder H, Grgic I, Heinau P, Si H, Hoyer J. Impaired EDHF-mediated vasodilation and function of endothelial Ca2+-activated K+ channels in uremic rats. Kidney Int 67: 2280-7, 2005.
IF: 4.8
11.
Maier T, Grgic I, Busch C, Hoyer J, Kohler R. Endothelial ion channels - novel targets for antihypertensive therapy. Dtsch Med Wochenschr. 130:2637-9, 2005. IF: 0.4
12.
Grgic I, Eichler I, Heinau P, Si H, Brakemeier S, Hoyer J, Kohler R. Selective blockade of the intermediate-conductance Ca2+-activated K+ channel suppresses proliferation of microvascular and macrovascular endothelial cells and angiogenesis in vivo. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 25: 704-709, 2005.
IF: 7.4
13.
Brakemeier S, Si H, Gollasch M, Höffler D, Buhl B, Köhler R, Hoyer J, Eichler I. Dent's disease: Identification of a novel mutation in the renal chloride channel CLCN5. Clin Nephrol 62:387-90, 2004. IF: 1.4
14.
Brakemeier S, Eichler I, Knorr A, Fassheber T, Köhler R, Hoyer J.. Modulation of Ca2+-activated K+ channel in renal artery endothelium in situ by NO and reactive oxygen species. Kidney Int. 64: 199-207, 2003.  
IF: 4.8
15.
Köhler R, Wulff H, Eichler I, Kneifel M, Neumann D, Knorr A, Grgic I, Kämpfe D, Brakemeier S, Orzechowski HD, Reusch HP, Paul M, Chandy KG, Hoyer J..Blockade of the IKCa1 Ca2+-activated K+ channel as a new therapeutic strategy for restenosis. Circulation, 108: 1119-25, 2003. IF: 14.6


Zuletzt aktualisiert: 18.01.2010 · Gerd Rinke

 
 
 
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