Nephro Lab

Unsere Kollegiatinnen und Kollegiaten im vierten Förderjahr

Im Folgenden möchten wir Ihnen unsere  Kollegiatinnen und Kollegiaten im 4. Förderjahr vorstellen. Sie wurden in einem spezifischen Auswahlverfahren von unserem EKFK-Direktorium in Zusammenarbeit mit dem Evaluierungskomitee ausgesucht.

Die diabetische Nephropathie ist eine schwerwiegende und prognostisch bedeutsame Komplikation des Diabetes mellitus. Podozyten repräsentieren die bedeutendste Komponente der glomerulären Filtrationseinheit und weisen bedingt durch ihren hohen Differenzierungsgrad ein nur eingeschränktes Regenerationspotential auf.  Das Voranschreiten aller Glomerulopathien ist durch die morphologische De-differenzierung (foot process effacement) dieser Zellen gekennzeichnet. Das Aktin-Zytoskelett bildet einen hochspezialisierten Multiproteinkomplex, der maßgeblich an der Aufrechterhaltung der komplexen Morphologie der Podozyten beteiligt ist. Dieses dient neben der mechanischen Funktion auch als zentraler Sensor zur Wahrnehmung extrazellulärer Kräfte und zur Integration einer Vielzahl zellulärer Signalwege. Durch die Entwicklung neuartiger Zellmarkierungs- und Sortierungsprotokolle konnten wir erstmals die in-vivo Zusammensetzung des Zytoskeletts im Podozyten massenspektrometrisch beschreiben. Hierdurch identifizierten wir eine Reihe podozyten-spezifischer Zytoskelett-Regulatoren, welche entscheidend am Erhalt der glomerulären Funktion beteiligt sind und einen deutlichen Expressionverlust im Rahmen der diabetischen Glomerulopathie aufweisen. Im Rahmen des Projekts sollen die bereits etablierten massenspektrometrischen Analysemethoden zur Beschreibung des Zytoskeletts und assoziierter Signalwege in verschiedenen Zelltypen des Glomerulus im Kontext der diabetischen Nephropathie untersucht werden. Dieser systemische Ansatz wird es erlauben neuartige Ansatzpunkte für Therapie und Diagnostik zu identifizieren.

Mentoren/innen:

1) Prof. Tobias Huber (Abteilung Nephrologie)
2) Prof. Anna Köttgen (Abteilung Genetische Epidemiologie)
3) Prof. Cristina Has (Klinik für Dermatologie und Venerologie)

Fabry’s disease (FD) is an X-linked lysosomal storage disorder. The defect is caused by mutations in the lysosomal enzyme alpha-galactosidase A leading to accumulation of globotriaosylceramide (Gb3) in various cells and tissues. Multi-visceral, progressive and live-threatening complications like chronic kidney disease (CKD), cardiomyopathy and neurological deterioration are the consequence.
The pathophysiology of FD is, however, not well understood: Although enzyme replacement therapy (ERT) with agalsidase alfa/beta is available for 15 years and remarkable reductions of Gb3 concentrations in tissues and body fluids have been demonstrated, the disease is slowly progressive [Chevrier M. et al., 2010]. This paradigm holds true also for the kidney. Particularly CKD contributes to patients’ morbidity and mortality [Schiffmann R. et al., 2017]. Since proteinuria and glomerulosclerosis are early signs of disease manifestation, the podocyte has been under close investigation. Studies point out, that dysregulated autophagy caused by decreased activity of its master regulator mTOR contributes to podocyte damage in FD, suggesting a link between the accumulation of Gb3 and disturbed cellular energy metabolism [Liebau M. et al., 2013, Chevrier M. et al., 2010]. Recent data indicates, that FD is not restricted to the podocyte but extends to renal epithelial cells, like the loop of Henle and the distal tubule [Eikrem Ø. et al., 2017]. Proximal tubule involvement has been described in male patients [Fogo A. et al., 2010]. Loss of tubular proteins [Prabakaran T. et al., 2014] and tubular interstitial fibrosis occur early in FD, pointing at an involvement of tubular cells in CKD progression.
We aim to establish and characterize renal human epithelial cell lines from the urine of GLAY/- patients and healthy male controls. The renal tubular system is rich in mitochondria and involved in transport processes at high energy costs. We will investigate if/how disturbed autophagic flux influences mitochondrial energy metabolism and quality control and how this might drive CKD in FD. A better insight into underlying pathomechanisms might point towards new therapeutic options.

Mentoren/innen:

1) Prof. Ute Spiekerkötter (Allgemeine Kinder- und Jugendmedizin)
2) PD Dr. Sara Tucci (Allgemeine Kinder- und Jugendmedizin)
3) Prof. Anna Köttgen (Abteilung Genetische Epidemiologie)

Integrins are well-known as transmembrane proteins transmitting bidirectional signals between cells and the extracellular milieu. They have become one of the best understood cell-adhesion receptors. Integrins are heterodimers and therefore, consist of two subunits (alpha- and beta-subunit). One of about 24 different known integrins is integrin alpha3beta1 which is widely expressed in both fetal and adult tissues.
Integrin alpha3beta1 is required for the proper development of the cutaneous basal membrane as well as for the maintenance of epidermal-dermal adhesion. Therefore, the absence of integrin alpha3 subunit leads not only to developmental defects in the skin but also in the kidneys and the lungs for both mice and humans (Kreidberg et al. 1996; Has et al. 2012). Besides their function for maintenance of basal membrane organization as well as for adhesion recent studies detected that integrin alpha3 plays also an essential role in the regulation of the expression of other genes (e.g. fibulin-2, BMP1 etc.) (Longmate et al. 2014; Longmate et al. 2017).
Yet, the mechanisms accounting for transcriptional regulation of integrin alpha3 are not clearly delineated. Therefore, in this study we will investigate how integrin alpha3 impacts the regulation of other genes in keratinocytes as well as in podocytes.

Mentoren/innen:

1) Prof. Cristina Has (Klinik für Dermatologie und Venerologie)
2) Prof. Ute Spiekerkötter (Allgemeine Kinder- und Jugendmedizin)
3) Prof. Anna Köttgen (Abteilung Genetische Epidemiologie)

Oxidativen Stresszuständen in der Zelle wird eine führende Rolle bei der Progression von chronischer Niereninsuffizienz und damit assoziierten Komplikationen wie Arteriosklerose und vorzeitiger Alterung zugeschrieben. Nrf2-Transkriptionsfaktoren (im Modellorganismus C. elegans durch SKN-1 vertreten) sind in der Evolution hoch konserviert erhalten und repräsentieren speziesübergreifend zentrale Regulatorproteine für die oxidative Stressantwort. Unabdingbare Voraussetzung für die Funktion von Nrf2/ SKN-1 Transkriptionsfaktoren ist deren nukleäre Translokation. Im Tiermodell für chronische Niereninsuffizienz vermittelt die pharmakologische Aktivierung von Nrf2 eine protektive Wirkung, jedoch sind die zugrundeliegenden molekularen Mechanismen noch weitgehend unklar. In diesem Projekt sollen in Zellkultur und dem Modellorganismus C. elegans Proteine und Signalwege identifiziert werden, die auf Nrf2/SKN-1 einwirken, bzw. von Nrf2/SKN-1 beeinflusst werden und die zugrundeliegenden molekularen Mechanismen offengelegt werden.

Mentoren/innen:

1) Prof. Gerd Walz (Abteilung Nephrologie)
2) Prof. Anna Köttgen (Abteilung Genetische Epidemiologie)
3) PD Dr. Elke Neumann-Haefelin (Abteilung Nephrologie)

Die Prävalenz der chronischen Nierenerkrankungen (CKD) weltweit beträgt 10-15%. Die zugrunde liegenden Ursachen sind heterogen und das Vorliegen einer chronischen Nierenerkrankung erhöht das Risiko für renale Ko-Morbiditäten, insbesondere kardiovaskuläre Ereignisse, deutlich. In der weltweit größten, prospektiven Beobachtungsstudie von CKD Patienten, der GCKD Studie, werden komplexe Nierenerkrankungen in großen Patientenkollektiven untersucht. Zwischen 2010 und 2012 wurden 5217 Patienten in die Studie eingeschlossen und nun für zehn Jahre verfolgt. Dabei werden anhand des klinischen Verlaufes renale Endpunkte (Progression der Nierenerkrankung, Dialysepflichtigkeit, Transplantation), kardiale Endpunkte (Herzinfarkt, Herzinsuffizienz, Herzrhytmusstörungen), Tumor-Ereignisse, Mortalität und andere Endpunkte gesammelt und kontinuierlich ausgewertet. Nur eine Studie von CKD Patienten in nephrologischer Fachbetreuung wie die GCKD Studie verfügt über eine ausreichende Zahl von renalen und kardialen Endpunkten sowie über eine detaillierte Charakterisierung, die für die Identifikation neuer prognostisch und therapeutisch relevanter Faktoren erforderlich ist. Im Rahmen des EKFK Projektes werden mittels hypothesengenerierender umfassender Screens sowohl genetische als auch nicht-genetische Risikofaktoren für die Ursache, Progression und Komplikationen der CKD identifiziert und charakterisiert. Die verschiedenen Endpunkte erlauben dabei eine Differenzierung dieser Faktoren und können so dabei helfen präventive Maßnahmen zu individualisieren.

Mentoren/innen:

1) Prof. Anna Köttgen (Abteilung Genetische Epidemiologie)
2) Prof. Gerd Walz (Abteilung Nephrologie)
3) Prof. Ute Spiekerkötter (Allgemeine Kinder- und Jugendmedizin)