A juxtaglomeruláris apparátus jelátviteli mechanizmusai a macula densán keresztül és azon túl

Átírás

1 A juxtaglomeruláris apparátus jelátviteli mechanizmusai a macula densán keresztül és azon túl A PhD értekezés tézisei Dr. Komlósi Péter Témavezető: Dr. Rosivall László Programvezető: Dr. Rosivall László Semmelweis Egyetem, Doktori Iskola Elméleti Orvostudományok 2008, Budapest

2 Bevezetés A juxtaglomaruláris apparátus alapvető szerepet játszik a vese véráramlásának szabályozásában, valamint a renin-angiotenzin-aldoszteron rendszer egyik fontos enzimje, a renin is itt termelődik. A struktúra egyik fő alkotóeleme a macula densa sejtek, amelyek érzékelik a tubuláris folyadék sókoncentrációjának és ozmolalitásának változásait és ennek megfelelően extracelluláris jelátvivő anyagokat (ATP-t, prosztaglandin E 2 -t és nitrogén oxidult) felszabadítva befolyásolják a szomszédos afferens arteriola átmérőjét (ezt hívjuk tubuloglomeruláris feedbacknek), valamint a renin felszabadulását. Annak mechanizmusa, ahogy a macula densa sejtek érzékelik környezetük változásait és aztán erre válaszreakciót adnak, pontosan nem ismert, de számos funkcionális vizsgálat arra enged következtetni, hogy az intracelluláris kalcium illetve hidrogén ion koncentráció, membrán potenciál, valamint a sejtek térfogatának változásai szerepet játszhatnak. Érdekes, hogy számos egymásnak ellentmondó közlemény jelent meg a sejtek térfogatváltozásának irányáról illetve mértékéről megnövekedett tubuláris sóterhelés esetén. Ugyan egyetlen vizsgálat sem igazolta, mégis elfogadottá vált, hogy a macula densa plakk az egyedüli a 2. oldal 5. Komlosi P, Fintha A, Bell PD. (2005) Renal cell-tocell communication via extracellular ATP. Physiology (Bethesda ), 20: Komlosi P, Fintha A, Bell PD. (2006) Unraveling the relationship between macula densa cell volume and luminal solute concentration/osmolality. Kidney Int, 70: Kovacs G, Komlosi P, Fuson A, Peti-Peterdi J, Rosivall L, Bell PD. (2003) Neuronal nitric oxide synthase: its role and regulation in macula densa cells. J Am Soc Nephrol, 14: Peti-Peterdi J, Komlosi P, Fuson AL, Guan Y, Schneider A et al. (2003) Luminal NaCl delivery regulates basolateral PGE2 release from macula densa cells. J Clin Invest, 112: oldal

3 A tézis témájához kapcsolódó közlemények 1. Fuson AL, Komlosi P, Unlap TM, Bell PD, Peti- Peterdi J. (2003) Immunolocalization of a microsomal prostaglandin E synthase in rabbit kidney. Am J Physiol Renal Physiol, 285: F558-F Komlosi P, Peti-Peterdi J, Fuson AL, Fintha A, Rosivall L, Bell PD. (2004) Macula densa basolateral ATP release is regulated by luminal [NaCl] and dietary salt intake. Am J Physiol Renal Physiol, 286: F1054- F Komlosi P, Fintha A, Bell PD. (2004) Current mechanisms of macula densa cell signalling. Acta Physiol Scand, 181: Komlosi P, Frische S, Fuson AL, Fintha A, Zsembery A et al. (2005) Characterization of basolateral chloride/bicarbonate exchange in macula densa cells. Am J Physiol Renal Physiol, 288: F380-F386. juxtaglomeruláris apparátusban, amely érzékeli a tubuláris folyadék változásait. Vizsgálataink, amelyek a jelen disszertáció alapját képezik, a macula densa sejtek térfogatváltozásainak leírását célozták, valamint hogy dokumentáljuk egy újfajta tubuláris sejttípus jellegzetességeit, melyek szerepet játszhatnak a juxtaglomeruláris appararátus működésében. Célkitűzések 1. Egy újfajta fluoreszcens mikroszkópos képalkotó eljárás kidolgozása, mely alkalmas az izolált és perfundált juxtaglomeruláris apparátus négy dimenziós leképezésére. 2. Annak meghatározása, hogy miként változik a macula densa sejtek térfogata, amennyiben a fiziológiás körülményeknek megfelelően megemelkedik a tubuláris folyadék nátrium klorid koncentrációja és ozmolalitása. 3. A macula densa közvetlen környezetében lévő tubulushámsejtek eddig fel nem tárt módon képesek érzékelni a tubuluslumen összetételének változásait. Vizsgálainknak tehát az is célja, hogy leírjuk ezen 10. oldal 3. oldal

4 perimaculáris sejtek jellegzetes intracelluláris kalcium homeosztázisát, membrán potanciáljának változásait. Ugyancsak karakterizáljuk ezen sejtek válaszait a tubulusfolyadék áramlási sebességének és sókoncentrációjának változásaira. Munkámat Boginak, Édesanyámnak, Édesapámnak és fiaimnak, Gergőnek és Daninak ajánlom. 4. Annak eldöntése, hogy a perimaculáris sejtek szerepet játszhatnak-e az afferens arteriola átmérőjének szabályozásában. Kísérleti eljárások Vizsgálataink során kísérleti nyulakból nyertünk szövetet, s kézi disszekciós technikával izoláltunk vesetestecskéket a hozzájuk kapcsolt Henle kacs terminális felszálló vastag szegmentummal és intakt afferens arteriolával. Ezután a mintákat áthelyeztük egy multifoton konfokális mikroszkópra szerelt mérőkamrába, ahol a tubulust és az arteriolát kannüláltuk. Ezután a preparátum sejtjeit különböző fluoreszcens festékekkel töltöttük fel, amelyek alkalmasak a sejttérfogat, a sejten belüli kalcium koncentráció és membrán potenciál meghatározására, valamint a sejtmembránok megjelölésére. 4. oldal 9. oldal

5 Köszönettel tartozom: Dr. Darwin Bell professzornak, a dél-karolinai orvosegyetem veseélettani laboratóriuma vezetőjének aki mentoromként nagy lelkesedéssel támogatta kutatási munkámat. Dr. Peti-Peterdi Jánosnak, aki docens a dél-kaliforniai egyetem élettani intézeténél. Tőle tanultam a tézis alapjául szolgáló tudományos eljárások többségét. Köszönöm Dr. Rosivall Lászlónak, Semmelweis Egyetem Nefrológiai Kutató és Gyakorlóközpont professzorának, témavezetőmnek, hogy számtalan alkalommal segítette tudományos karrieremet. Köszönöm Dr. Molnár Miklósnak a Semmelweis Egyetem Kórélettani Intézetének docensének, hogy medikus éveim alatt bevezetett a kutatás rejtelmeibe. Köszönettel tartozom Dr. Kovács Gergőnek, Dr. Fintha Attilának és Dr. Zsembery Ákosnak a sok közös elmélkedésért, tanácsért. Köszönom munkatársaimnak a Semmelweis Egyetem Kórélettani Intézetében, valamint az alabamai és délkarolinai egyetemeken a sok segítséget és tanácsot. Eredményeink A tubuloglomeruláris feedback aktivációjakor fiziológiásan tapasztalt tubuláris sókoncentráció- és ozmolalitás-emelkedés a macula densa sejtek zsugorodásához vezet. Ezen sejttérfogat-változás fennmarad, míg az tubuláris sókoncentráció megemelkedett, jelezve hogy ezen sejtek vízpermeabilitása magas, valamint azon képességük, hogy korrigálják a primer térfogatváltozást, korlátozott. Kimutattuk, hogy a macula densa sejtek intracelluláris kalcium koncentrációja alacsonyabb a környező sejtekben mérhetőnél, a macula densa plakk körüli sejtekben az intracelluláris kalcium koncentráció és a bazolaterális transzmembrán potenciál spontán oszcillációkat mutat. Ezen perimakuláris sejtekben a tubuláris folyadék sókoncentrációjának, osmolalitásának és áramlási sebességének változásai specifikus változásokat indukálnak a intracelluláris kalcium homeosztázis mintázatában. Megfigyeltük, hogy a disztális tubulus első szakasza, valamint az afferens artriola szoros anatómiai és funkcionális kapcsolatot létesít. 8. oldal 5. oldal

6 Összefoglalás A juxtaglomaruláris apparátus részt vesz a vese véráramlásának szabályozásában, valamint a renin hormon termelésében. A tubuláris sókoncentráció emelkedését a tubulus hámsejtek (köztük a macula densa sejtek) érzékelik, s ez vazokonstrikciót okoz a szomszédos afferens artriolában. Jelen vizsgálatainkban izolált és perfundált afferens arteriolákat és vesetestecskéket valamint a hozzájuk kapcsolt felszálló vastag szegmenetumot használtuk. A sejtek intracelluláris jelátvitelének tanulmányozásához multifoton fluoreszcens mikroszkópiát használtunk. Megállapítottuk, hogy a macula densa sejtek térfogata csökken fiziológiás sóterhelés hatására. Ezen sejttérfogatváltozás fennmarad, míg az tubuláris sókoncentráció megemelkedett, jelezve hogy ezen sejtek vízpermeabilitása magas, valamint azon képességük, hogy korrigálják a primer térfogatváltozást, korlátozott. Kimutattuk, hogy a macula densa sejtek intracelluláris kalcium koncentraciója alacsonyabb a környező sejtekben mérhetőnél, a macula densa plakk körüli sejtekben az intracelluláris kalcium koncentráció és a bazolaterális transzmembrán potenciál spontán oszcillációkat mutat. Ezen perimakuláris sejtekben a tubuláris folyadék sókoncentrációjának, osmolalitásának és áramlási sebességének változásai specifikus változásokat indukálnak a intracelluláris kalcium homeosztázisban. Megfigyeltük, hogy a disztális tubulus első szakasza, valamint az afferens artriola szoros anatómiai és funkcionális kapcsolatot létesít, s így ezek a sejtek is szerepet játszhatnak a juxtaglomeruláris apparátus működésében. 6. oldal 7. oldal