Nierenfunktion: Strukturelle Anpassungen in alternden Podozyten beobachtet

Forscher des Juntendo University Research Promotion Center (Japan) haben herausgefunden, dass Podozyten bei gealterten Tiere strukturelle Umbauprozesse durchlaufen, um die Nierenfunktion aufrechtzuerhalten.

Es ist bekannt, dass die Anzahl der Podozyten mit dem Alter abnimmt. Verloren gegangene Podozyten werden jedoch nicht durch neu gebildete Zellen ersetzt und ein fortschreitender Podozytenverlust führt letztendlich zum Verlust der glomerulären Funktion. Daher wird angenommen, dass sich die verbleibenden Podozyten anpassen, um die glomeruläre Funktion trotz der reduzierten Zellzahl aufrechtzuerhalten. Wie genau diese Anpassung der Podozyten erfolgt, war jedoch lange Zeit unklar.

In der neuen Studie nutzte das Forschungsteam die Array-Tomographie (AT), eine Technik, die die Ganzzellbeobachtung von Podozyten mit ihrer komplexen dreidimensionalen Architektur ermöglicht, um altersbedingte Strukturveränderungen in Podozyten im Tiermodell (mit Ratten) zu untersuchen. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Journal of the American Society of Nephrology“ veröffentlicht.

Verschiedene Arten von Strukturveränderungen

Die AT ist eine Bildgebungstechnik, bei der Tausende von Gewebeschnitten mittels Rasterelektronenmikroskopie abgebildet werden. Dies ermöglicht die hochauflösende, dreidimensionale Beobachtung relativ großer Gewebevolumina. Das Team optimierte den Standard-Workflow der AT, um die Analyse ganzer Glomeruli zu ermöglichen. Dadurch wurde nach Angaben der Forscher eine Technik etabliert, die die Visualisierung der vollständigen Struktur jedes einzelnen Podozyten innerhalb eines Glomerulus erlaubt.

Die Autoren erstellten dreidimensionale Ganzzellrekonstruktionen von Podozyten junger (1,5 Monate), adulter (6 Monate) und alter (24 Monate) Ratten. Die rekonstruierten Podozyten konnten aus jeder gewünschten Orientierung betrachtet und quantitative Auswertungen, einschließlich Zellvolumenmessungen, durchgeführt werden.

Die Wissenschaftler identifizierten acht verschiedene Arten von Strukturveränderungen, die mit der Alterung von Podozyten einhergehen. Es ist bekannt, dass Podozyten mit zunehmendem Alter allmählich verloren gehen, was zu einer Verringerung der Zellzahl führt. Die Studie zeigte jedoch darüber hinaus, dass Teile der Podozyten fragmentieren und anschließend verloren gehen.

Kompensation durch Export statt Abbau

Mit dem Verlust von Podozyten nimmt die Podozytendichte auf der glomerulären Oberfläche ab, während das Volumen der verbleibenden gealterten Podozyten deutlich zunimmt. Das Volumen der gealterten Podozyten war etwa 4,6-mal größer, was laut den Autoren auf eine kompensatorische Hypertrophie als Reaktion auf den Podozytenverlust hindeutet.

Darüber hinaus wurden durch Fragmentierung entstandene Bereiche durch die Bedeckung mit umgebenden Podozyten repariert, wobei häufig atypische autozelluläre Verbindungen gebildet wurden. Diese autozellulären Verbindungen fehlen in normalen Glomeruli vollständig und gelten als strukturelle Abdrücke der Verletzungsreparatur in alternden Glomeruli, so die Autoren.

Obwohl alternde Zellen im Allgemeinen einen Rückgang der intrazellulären Abbaukapazität für unnötige Zellbestandteile aufweisen, wurde festgestellt, dass Podozyten diesen Funktionsverlust kompensieren, indem sie solche Materialien in den extrazellulären Raum exportieren, anstatt sie intrazellulär abzubauen.

Weitere Studien erforderlich

Das Forschungsteam analysiert nach eigenen Angaben derzeit menschliche Podozyten. Erste Ergebnisse deuten darauf hin, dass altersbedingte Strukturveränderungen in menschlichen Podozyten vielfältiger sind als jene, die bei Ratten beobachtet werden. Die längere Lebensspanne des Menschen im Vergleich zu der von Ratten dürfte ein Schlüsselfaktor für die Aufklärung dieser Strukturveränderungen sein.

Zur Charakterisierung des Alterungsprozesses menschlicher Podozyten sind Analysen über ein breites Altersspektrum hinweg erforderlich, und zusätzliche Faktoren wie Geschlecht und das Vorhandensein zugrunde liegender Erkrankungen müssen ebenfalls berücksichtigt werden, betonen die Wissenschaftler.

(ri/BIERMANN)