Akute Nierenfunktionseinschränkung: Energieungleichgewichte der Podozyten können Entstehung begünstigen

Forscher der Kyoto University, Japan, haben gezeigt, dass Energieungleichgewichte in den Podozyten zur Entstehung der Akuten Nierenfunktionseinschränkung (AKI) beitragen können.

In einer neuen Studie, die in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ veröffentlicht wurde, konzentrierten sich japanische Forscher unter der Leitung von Dr. Motoko Yanagita auf die Rolle der Podozyten im Hinblick auf AKI. Insbesondere untersuchten sie den Energiebedarf dieser Zellen während einer Ischämie-Reperfusionsverletzung. Es wird angenommen, dass Podozyten auf Adenosintriphosphat (ATP) angewiesen sind, um ihre strukturelle Integrität und Filtrationsfunktionen aufrechtzuerhalten. Mithilfe fortschrittlicher Bildgebungstechnologien konnten die Forscher aufzeigen, wie Energieungleichgewichte in diesen Zellen zu Nierenschäden beitragen.

Verlauf der Studie

Das Team führte eine intravitale Bildgebung und verwendete genetisch veränderte Mäuse, die einen fluoreszierenden ATP-Biosensor exprimieren, um die ATP-Veränderungen in Podozyten während einer Ischämie-Reperfusionsverletzung in Echtzeit zu messen. Es wurden weibliche Mäuse verwendet, da die äußere Schicht ihrer Nieren, die Nierenrinde, im Vergleich zu männlichen Tieren dünner ist, wodurch sich weibliche Tiere besser für die Bildgebung der Filtereinheiten innerhalb der Niere eignen, in denen sich die Podozyten befinden.

Die Ergebnisse: Ihre Experimente zeigten, dass der ATP-Spiegel in den Podozyten während der Ischämie allmählich abnahm und sich nach längerer Ischämie nicht ausreichend erholte, insbesondere in der superakuten Phase unmittelbar nach Wiederherstellung des Blutflusses. Diese ATP-Insuffizienz ging mit einer mitochondrialen Fragmentierung einher, einer strukturellen Störung der energieerzeugenden Organellen der Zelle. Darüber hinaus brachte die Studie dieses Energieungleichgewicht mit einer „Abflachung“ wichtiger Podozytenstrukturen in Verbindung, die als Fußfortsatzvergrößerung bekannt ist. Dadurch wird die Filtrationsfunktion der Podozyten gestört, was mit Proteinurie einhergeht.

„Wir haben beobachtet, dass eine unzureichende ATP-Wiederherstellung in der superakuten Phase der Ischämie-Reperfusionsverletzung stark mit der Auslöschung der Fußfortsätze in den Podozyten korreliert“, kommentiert Dr. Masahiro Takahashi, der Erstautor der Studie. „Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass eine gestörte ATP-Dynamik mit strukturellen Veränderungen der Fußfortsätze der Podozyten und dem Austritt von Proteinen in den Urin während einer akuten Nierenschädigung verbunden ist“, ergänzt er.

Unterdrückung der mitochondrialen Fragmentierung

Die Studie ergab auch, dass Eingriffe, die auf die mitochondriale Dynamik abzielen, vielversprechend sind. Durch den Einsatz von Medikamenten zur Unterdrückung der mitochondrialen Fragmentierung waren die Forscher in der Lage, die Auslöschung der Fußfortsätze zu verringern und die Ergebnisse der Podozyten sowohl in vivo (in den Mäusen) als auch ex vivo (außerhalb der Mäuse) zu verbessern. Diese Ergebnisse deuten laut den Wissenschaftlern auf das Potenzial von Therapien hin, die auf die Mitochondrien abzielen, um die Podozyten vor Ischämie-Reperfusionsschäden zu schützen.

„Diese Forschung verlagert den Schwerpunkt von den Tubuli, die in früheren Studien im Mittelpunkt standen, auf die relativ wenig untersuchten Podozyten“, sagt dazu Takahashi und fährt fort: „Wir hoffen, dass unsere Forschung die Aufmerksamkeit auf den Podozyten als Schlüsselfaktor bei AKI lenkt und den Umfang der AKI-Forschung in Bezug auf die Prognose und den Verlauf der AKI erweitert.“

Für die Zukunft plant das Team nach eigenen Angaben, die ATP-Dynamik bei anderen Formen der AKI zu untersuchen, wie z. B. bei der durch Medikamente oder Sepsis ausgelösten AKI, was zusätzliche Einblicke in die Komplexität der Krankheit geben könnte. Die Forscher arbeiten auch an Experimenten mit podozytenspezifischen transgenen Mäusen, um besser zu verstehen, wie diese Zellen die langfristigen Nierenergebnisse nach einer Verletzung beeinflussen.