Forschungsprojekte der AG Nephrologie und molekulare Fibrose

Mechanisms of Hypoxia Tolerance in Acute on Chronic Kidney Injury

Mitarbeiter: Christian Rosenberger, Harm Peters, Susanne Mathia, Alice Mika, Sebastian Bachmann (Anatomie, Charité), Alexander Paliege (Anatomie, Charité), Prabhleen Singh (San Diego), Seymour Rosen (Boston)
Hintergrund: Chronische Niereninsuffizienz gilt als prädisponierender Faktor für akutes Nierenversagen. Gleichwohl kann chronische Niereninsuffizienz eine renale Hypoxie auslösen. Diese kann über Aktivierung von HIF eine hypoxische Präkondizionierung hervorrufen. Diese kann in chronischer Niereninsuffizienz paradoxerweise zu einer Protektion gegenüber akutem Nierenversagen führen.
Versuchsziel: Nachweis von Hypoxie und HIF nach Nephron-Massen-Reduktion; Einfluß der Nephron-Massen-Reduktion auf ein nachträgliches akutes Nierenversagen
Methoden: Uninephrektomie; subtotale Nephrektomie; acutes Nierenversagen durch warme Ischämie und Reperfusion (Abklemmen der Nierenarterie); Nachweis von HIF, Pimonidazol-Verbindungen und HIF Zielgenen mittels Immunhistochemie; Inulinclearance; konventionelle Histologie

Cyclosporin-A-Toxizität in der Maus und der Ratte:
The Role of HIF in Renal Cyclosporine Toxicity

Mitarbeiter: Christian Rosenberger, Harm Peters, Julia Scheidl, Susanne Mathia, Alice Mika, Sebastian Bachmann (Anatomie, Charité), Alexander Paliege (Anatomie, Charité), Robert Koesters (Paris), Samuel Heyman (Jerusalem), Seymour Rosen (Boston)
Hintergrund: Cyclosporin-A ist ein für die Nierentransplantation beinahe unentbehrliches Immunsuppressivum. Gleichzeitig ist CyA nephrotoxisch. Die CyA-Nephrotoxizität beruht vermutlich auf eine regionale Nierenhypoxie. Chronische CyA-Behandlung führt zu chronischem Nierenversagen mit tubulo-interstitieller Fibrose.
Versuchsziel: Charakterisierung der unter CyA hypoxischen Nierenbereiche; Einfluß einer Aktivierung von HIF auf den morphologischen und funktionelllen Schaden
Methoden: chronisches Modell der CyA-Nephrotoxizität unter salzarmer Diät; Nachweis von HIF, Pimonidazol-Verbindungen und HIF-Zielgenen mittels Immunhistochemie; Kreatinin-Clearance, Albuminurie, renale Na-Ausscheidung; feine Histologie an Semidünnschnitten; induzierbare transgene HIF-Aktivierung in allen Nephronabschnitten mittels Pax8-abhängigen Knockout des von Hippel-Lindau-Proteins

Signal Agonistic AT2 receptor stimulation prevents renal alterations in the experimental model of Thy-1 nephritis

Mitarbeiter: Harm Peters, Ulrike Steckelings, Thomas Unger, Christian Rosenberger, Alice Mika
Hintergrund: Chronische Anti-Thy-1-Nephritis ist ein anerkanntes Rattenmodell für chronische Niereninsuffizienz und tubulointerstitielle Fibrose. Angiotensin-II fördert durch eine Aktivierung des AT1-Rezeptors die tubulointerstitielle Fibrose, wohingegen die Wirkung von Angiotensin-II über den AT2-Rezeptor möglicherweise einer Fibrose entgegenwirkt. Compound-21 ist ein selektiver Aktivator des AT2-Rezeptors.
Versuchsziel: Untersuchung des Einflusses einer selektiven AT2-Aktivierung mittels Compound-21 auf die chronische Niereninsuffizienz und tubulointerstitielle Fibrose
Methoden: chronische Niereninsuffizienz und tubulointerstitielle Fibrose durch Thy-1-Nephritis in der Ratte; selektive pharmakologische AT2-Blockade mittels Compound-21; unblutige Blutdruckmessung am wachen Tier; Kreatininclearance und Albuminurie mittels metabolischer Käfige; konventionelle Histologie; Fibrosemarker mittels Immunhistochemie (alpha-smooth muscle actin; Kollagen-I, -III, IV), und rtPCR (transforming growth factor-beta, Fibronektin)

Stimulation of soluble guanylate cyclase improves renal recovery following relief of unilateral ureteral obstruction

Mitarbeiter: Harm Peters, Tanja Loof, Yingrui Wang-Rosenke, Alice Mika

Hintergrund: Aktivierung der solublen Guanylatzyklase (sGC) vermindert die tubulointerstitielle Fibrose in Modellen der chronischen Niereninsuffizienz; Irreversible einseitige Ureterligatur führt überwiegend zu Tubulusdilatation und renaler Atrophie; Hingegen sind die histologischen Veränderungen nach reversibler einseitiger Ureterligatur der menschlichen chronischen tubulointerstitiellen Fibrose näher verwandt; Der Einfluß einer pharmakologischen Aktivierung der sGC auf die tubulointerstitielle Fibrose in der einseitigen reversiblen Ureterligatur wurde bisher nicht untersucht.

Versuchsziel: Untersuchung des Einflusses einer pharmakologischen Aktivierung der sGC auf die tubulointerstitielle Fibrose in der einseitigen reversiblen Ureterligatur der Ratte.

Methoden: reversible einseitige Ureterligatur an der Ratte; pharmakologische Aktivierung der sGC mittels Bay 41-8543; Bestimmung von Kreatinin-Clearance und Albuminurie mittels metabolischer Käfige; konventionelle Histologie; Fibrosemarker mittels Immunhistochemie (alpha-smooth muscle actin, Kollagen-I, -III, -IV), rtPCR (transforming growth factor-beta, Fibronektin)

Signal Agonistic AT2 receptor stimulation prevents renal alterations in the experimental model of subtotal nephrectomy

Mitarbeiter: Harm Peters, Tanja Loof, Dmytro Khazhynov, Alice Mika, Ulrike Steckelings (Pharmakologie, Charité), Thomas Unger (Pharmakologie, Charité)

Hintergrund: subtotale Nephrektomie ist ein anerkanntes Rattenmodell für chronische Niereninsuffizienz und tubulointerstitielle Fibrose. Angiotensin-II fördert durch eine Aktivierung des AT1-Rezeptors die tubulointerstitielle Fibrose, wohingegen die Wirkung von Angiotensin-II über den AT2-Rezeptor möglicherweise einer Fibrose entgegenwirkt. Compound-21 ist ein selektiver Aktivator des AT2-Rezeptors.

Versuchsziel: Untersuchung des Einflusses einer selektiven AT2-Aktivierung mittels Compound-21 auf die chronische Niereninsuffizienz und tubulointerstitielle Fibrose

Methoden: chronische Niereninsuffizienz und tubulointerstitielle Fibrose durch subtotale Nephrektomie; selektive pharmakologische AT2-Blockade mittels Compound-21; unblutige Blutdruckmessung am wachen Tier; Kreatininclearance und Albuminurie mittels metabolischer Käfige; konventionelle Histologie; Fibrosemarker mittels Immunhistochemie (alpha-smooth muscle actin; Kollagen-I, -III, IV), und rtPCR (transforming growth factor-beta, Fibronektin) 

HIF-Immunhistochemie in Maus und Ratte: Pitfalls in HIF Immunohistochemistry in the Kidney

Mitarbeiter: Christian Rosenberger, Harm Peters, Susanne Mathia, Alice Mika, Sebastian Bachmann (Anatomie, Charité), Alexander Paliege (Anatomie, Charité), Samuel Heyman (Jerusalem), Seymour Rosen (Boston)
Hintergrund: Hypoxie kann auf zellulärer Ebene mittels Immunhistochemie für Hypoxie-induzierbare Faktoren (HIF) nachgewiesen werden. HIF reichert sich unter Hypoxie innerhalb kurzer Zeit (im Bereich von Minuten) in Zellkernen an. Die Art der Gewebefixierung (Immersionsfixierung oder Perfusionsfixierung) hat vermutlich einen Einfluß auf HIF. In der Literatur gibt es widersprüchliche Daten zur HIF-Immunhistochemie an normalen Nieren der Ratte bzw. der Maus. Wir vermuten, daß während einer Immersionsfixierung Sauerstoff im Gewebe verbraucht wird, und dadurch HIF künstlich und postmortal aktiviert wird.
Versuchsziel: Bestimmung der für den HIF Nachweis optimalen Methode der Gewebeasservierung und -fixierung
Methoden: Ratten- und Mäusenieren werden mittels Immersion bzw. Perfusion fixiert; HIF-Immunhistochemie

Pitfalls in Pimonidazole Immunohistochemistry in the Kidney

Mitarbeiter: Christian Rosenberger, Harm Peters, Susanne Mathia, Alice Mika, Sebastian Bachmann (Anatomie, Charité), Alexander Paliege (Anatomie, Charité), Samuel Heyman (Jerusalem), Seymour Rosen (Boston)
Hintergrund: Hypoxie kann auf zellulärer Ebene mittels Immunhistochemie für Pimonidazol (PIM)-Verbindungen nachgewiesen werden. PIM wird dazu in vivo appliziert. Unter einer Sauerstoffspannung von 10 mmHg bindet PIM an Schwefel-Wasserstoff-Brücken. Mittels Anti-PIM-Antikörper kann Hypoxie auf zellulärer Ebene nachgewiesen werden. Bei der Gewebeasservierung und -fixierung kann eine künstliche Hypoxie entstehen. Publizierte Daten über zur PIM-Immunhistochemie an normalen Nieren der Ratte oder der Maus sind widersprüchlich.
Versuchsziel: Bestimmung der für den PIM-Nachweis optimalen Methode der Gewebeasservierung und -fixierung (Immersion oder Perfusion), sowie des optimalen Zeitpunktes der intravitalen PIM-Applikation
Methoden: PIM wird an unterschiedlichen Zeitpunkten vor der Gewebeasservierung appliziert; Ratten- und Mäusenieren werden mittels Immersion bzw. Perfusion fixiert; PIM-Immunhistochemie

Crosstalk of Hypoxia-Regulated Transcription Factors HIF / STAT3

Mitarbeiter: Christian Rosenberger, Harm Peters, Susanne Mathia, Alice Mika, Sebastian Bachmann (Anatomie, Charité), Samuel Heyman (Jerusalem), Jonathan Axelrod (Jerusalem), Mogheir Khamaisi (Jerusalem)
Hintergrund: Hypoxie aktiviert verschiedene Transkriptionsfaktoren. Prominente Vertreter sind HIF und STAT3. Vermutlich variiert die transkriptionelle Antwort auf Hypoxie je nach Zelltyp und hypoxischem Stimulus. Die variable Kombination verschiedener Transkriptionsfaktoren könnte eine solche Vielfalt der transkriptionellen Hypoxieantwort erklären. Bisher ist unklar, ob und in welchem Maße unter Hypoxie HIF und STAT3 auf zellulärer Ebene gemeinsam aktiviert sind.
Versuchsziel: Bestimmung der Koaktivierung von HIF und STAT3 unter verschiedenen Hypoxiereizen
Methoden: verschiedenen hypoxische und pseudohypoxische Stimuli in Ratte und Maus: Hypoxiekammer, Blutungsanämie, akutes Nierenversagen durch Röntgenkontrastmittel bzw. durch Rhabdomyolyse; Gabe von HIF-Prolyl-Hydroxylase-Hemmern (Pseudohypoxie), konditionelle Inaktivierung des Von-Hipel.Lindau-Proteins (Pseudohypoxie); Immunhistochemie für HIF-1alpha und phospho-STAT3

Kurz- und langfristige Konsequenzen: Short and Longterm Consequences of Transgenic HIF Activation Charakterisierung der Pax8-VHL-Knockout-Maus

Mitarbeiter: Christian Rosenberger, Harm Peters, Susanne Mathia, Alice Mika, Sebastian Bachmann (Anatomie, Charité), Alexander Paliege (Anatomie, Charité), Samuel Heyman (Jerusalem), Seymour Rosen (Boston), Robert Koester (Paris) Hintergrund: Unter Normoxie ist das Von-Hippel-Lindau-Protein (VHL) dafür verantwortlich, dass Hypoxie-induzierbare Faktoren (HIF) abgebaut werden. Unter Hypoxie unterbleibt der Abbbau von HIF, welches sich im Zellkern anreichert und eine Reihe von Genen transaktiviert, von denen etliche eine Hypoxieanpassung bewerkstelligen können. Erythropoietin (EPO) ist ein prominentes HIF-Zielgen. Knockout von VHL führt zur normoxischen Aktivierung von HIF. Zu den bisher Funktionen von HIF gehören: Hypoxieanpassung, Förderung von Fibrose, Förderung von Tumorwachstum. Die Pax8-VHL-Knockout-Maus ermöglicht die induzierbare Ausschaltung von VHL in allen Nephronabaschnitten als auch in einigen Hepatozyten.
Versuchsziel: Charakterisierung der Pax8-VHL-Knockout-Maus
Methoden: Kreatininclearance und Albuminurie mittels metabolischer Käfige; feine Histologie mittels Semidünnschnitte; Bestimmung von HIF mittels immunhistochemie; Bestimmung von HIF-Zielgegen mittels Immunhistochemie rtPCR und In-Situ-Hybridisierung.

Mitarbeiter: Prof. Dr. Christian Rosenberger, Prof. Dr. Michael Fähling, Dr. Susanne Mathia, Robert Labes
Hintergrund: Mit Einführung von Cyclosporin A (CsA) vor etwa 35 Jahren gelang in der Transplantationsmedizin ein Durchbruch, sodass die Abstoßungsraten deutlich gesenkt werden konnten. Allerdings kann CsA bei dauerhafter Anwendung zu Nierenschäden bis hin zur Dialysepflicht führen. Die dafür verantwortlichen Mechanismen sind noch nicht hinreichend verstanden. Es mehren sich Hinweise, dass CsA lokal in der Niere über Änderung des Vasotonus und/oder direkten tubulären Schaden Hypoxie auslöst. Klinische Interventionen mit vasoaktiven Substanzen konnten die CsA-Nephrotoxizität nicht abmildern, ein Hinweis darauf, dass die Pathophysiologie komplex ist. Es konnte von uns vor kurzem gezeigt werden, dass CsA in der Niere zu einer lokalen Hypoxie führt. Täglich wiederholte CsA-Gaben, ähnlich wie in Patienten, ergaben einen episodischen Wechsel von Hypoxie und Reoxygenierung. Das pathophysiologische Phänomen der episodischen Hypoxie, im Vergleich zur anhaltenden oder chronischen Hypoxie, ist weitestgehend unerforscht.
Versuchsziel: Ein Ziel dieses Projektes ist es, den Pathomechanismus der CsA-induzierten Nierenschädigung aufzuschlüsseln. Dazu soll systematisch die zelluläre Anpassung unter verschiedenen Hypoxie-Formen (episodisch vs. kontinuierlich) sowie der Einfluss identifizierter Signalwege untersucht werden
Förderung: Dieses Projekt findet in Kooperation mit Prof. Dr. Michael Fähling statt und wird gefördert durch:  Else Kröner-Fresenius-Stiftung: 2016_A207 "Prevention of Chronic Cyclosporine-A Mediated Renal Toxicity", 2018-2021