Jochen Reiser
Dr. med.
Pathobiologie der Podozyten
-Molekulare Analyse der glomerulären Schlitzmembran und Fortsatzdynamik von Podozyten-
Geboren am 23.06.1971 in Pforzheim
Reifeprüfung am 16.05.1990 in Königsbach
Studiengang der Fachrichtung Medizin vom SS 1992 bis SS 1998
Physikum am 28.03.1994 an der Universität Heidelberg
Klinisches Studium in Heidelberg
Praktisches Jahr in Heidelberg, New York
Staatsexamen am 19.11.1998 an der Universität Heidelberg
Promotionsfach: Anatomie
Doktorvater: Priv.-Doz. Dr. med. P. Mundel
Die vorliegende Arbeit beschreibt die molekulare Analyse der podozytären Schlitzmembran
sowie die Regulation der Fortsatzdynamik von Podozyten unter normalen und pathologischen
Bedingungen. Die Ergebnisse dieser Studien basieren auf einem neuartigen Zellkulturmodell
zur Differenzierung von kultivierten Podozyten. Diese Podozyten teilen zahlreiche
morphologische wie auch funktionelle Eigenschaften mit Podozyten in vivo. Differenzierte,
kultivierte Podozyten formen Interzellularkontakte, die in ihren morphologischen und
molekularen Charakteristika der Schlitzmembran im Glomerulus nahe kommen.
Die Schlitzmembran ist für die Funktion der Podozyten von entscheidender Wichtigkeit; sie
regelt u.a. die Größenselektivität und die Hydraulik der glomerulären Filtration. 40 Jahre nach
der morphologischen Erstbeschreibung wird in der vorliegenden Arbeit die molekulare
Komposition dieser Struktur und ihre Klassifikation als Zonula adhaerens aufgeklärt. Durch
die Analyse der Markerproteine von Zell-Zell-Verbindungen an kultivierten Podozyten, konnte
die molekulare Zusammensetzung der Fortsatzinterdigitationen von Podozyten beschrieben
werden. Der entscheidende Befund ist die Detektion von P-Cadherin als transmembranäres
Protein einer modifizierten ZA in kultivierten Podozyten. In diesem spezialisierten Zell-
Zellkontakt bindet P-Cadherin an beta- bzw. gamma- Catenin. Diese wiederum binden über
alpha- Catenin und ZO-1 an das Aktin- Zytoskelett. Auch in intakten Glomeruli finden sich
diese Proteine. Die ultrastrukturelle Analyse von intakten Rattenglomeruli zeigte, da_ nach
Immunogoldmarkierung P-Cadherin auch in vivo mit der Schlitzmembran assoziiert ist.
Demnach handelt es sich bei der glomerulären Schlitzmembran um eine modifizierte ZA.
Modifiziert ist diese ZA, da die Lokalisation von Vinculin nicht wie in klassischen ZA als Teil
des Cadherin /Catenin Komplexes, sondern direkt daneben in fokalen Kontakten liegt. Mit
diesem neu gewonnenen Wissen über die molekulare Zusammensetzung der Schlitzmembran
und ihrer Klassifikation als modifizierte ZA wird der Weg zu einem besseren funktionellen
Verständnis dieser Struktur und ihrer Relevanz bei der Entstehung glomerulärer Erkrankungen
geebnet. Es bieten sich nun neue experimentelle Ansätze der Identifikation Schlitzmembran
assoziierter Proteine durch Co- Immunpräzipitation mit P- Cadherin.
Im engen funktionellen Zusammenhang mit der molekularen Charakterisierung der
Schlitzmembran stehen die Untersuchungen zu der Dynamik der Podozytenfußfortsätze. Die
Fusion und die Retraktion der podozytären Fußfortsätze sind typische pathomorphologische
Frühveränderungen bei der Ausbildung einer Proteinurie. Die Mechanismen, die zu diesen
morphologischen Veränderungen führen, sind nur ansatzweise verstanden. Ein differenziertes
Zellkultursystem für Podozyten erlaubt es, Steuermechanismen zu untersuchen, da Podozyten
in vitro Fortsätze wie in vivo zeigen. Dazu wurde durch Gabe von Protaminsulfat und
Puromycin die Fortsatzretraktion und das Ablösen der Zellen von der Matrix induziert. Diese
Vorgänge gehen mit einer Reduktion der Expression von Vinculin, einer Reduktion der
Tyrosinphosphorylierung in den Fortsätzen und einer reduzierten Aktivität der
Tyrosinphosphatasen einher. Während das Polykation Protaminsulfat durch Ladungsausgleich
an der Membranoberfläche kultivierter Podozyten eine akute Blockade von
Tyrosinphosphatasen bewirkt, findet man nach Puromycin Gabe einen prolongierten Effekt mit
der Bildung von freien Radikalen. Letztendlich bewirken aber beide Substanzen eine
gesteigerte Tyrosinphosphorylierung podozytärer Proteine, die eine Retraktion der Fortsätze
auslöst.
Die Applikation von Vitamin E hat bis zu einem gewissen Grad einen stabilisierenden Effekt
auf die Fortsätze und das Adhäsionsverhalten kultivierter Podozyten, kann aber das komplette
Ablösen der Podozyten nicht inhibieren. Aufgrund der vorliegenden Arbeit sollte die
Entwicklung neuer Substanzen möglich sein, die eine Tyrosindephosphorylierung podozytärer
Proteine wiederherstellen und damit eine funktionsfähige Fortsatzarchitektur gewährleisten.
