Programmed hypertension in rats treated with a NF-kappa B inhibitor during nephrogenesis: renal mechanisms

Suppression of the renin-angiotensin system (RAS) during murine lactation causes progressive renal injury, indicating a physiological action of angiotensin II on nephrogenesis. The nuclear factor NF-kappa B system is one of the main intracellular mediators of angiotensin II. We investigated whether inhibition of this system with pyrrolidine dithiocarbamate (PDTC) during rat nephrogenesis would lead to similar hypertension and renal injury as observed with RAS suppressors. Immediately after delivery, 32 Munich-Wistar dams, each nursing 6 male pups, were divided into 2 groups: C, untreated, and PDTC, receiving PDTC, 280 mg kg(-1) day(-1) orally, during 21 days. After weaning, the offspring were followed until 10 months of age without treatment. Adult rats that received neonatal PDTC exhibited stable hypertension and myocardial injury, without albuminuria. To gain additional insight into this process, the renal expression of RAS components and sodium transporters were determined by quantitative real-time PCR (qRT-PCR) at 3 and 10 months of life. Renal renin and angiotensinogen were upregulated at 3 and downregulated at 10 months of age, suggesting a role for early local RAS activation. Likewise, there was early upregulation of the proximal sodium/glucose and sodium/bicarbonate transporters, which abated later in life, suggesting that additional factors sustained hypertension in the long run. The conclusions drawn from the findings were as follows: (1) an intact NF-jB system during nephrogenesis may be essential to normal renal and cardiovascular function in adult life; (2) neonatal PDTC represents a new model of hypertension, lacking overt structural injury or functional impairment of the kidneys; and (3) hypertension in this model seems associated with early temporary activation of renal RAS and sodium transporters. Hypertension Research (2011) 34, 693-700; doi: 10.1038/hr. 2011.4; published online 17 February 2011

AT(1) blockade during lactation as a model of chronic nephropathy: mechanisms of renal injury

Suppression of the renin-angiotensin system during lactation causes irreversible renal structural changes. In this study we investigated 1) the time course and the mechanisms underlying the chronic kidney disease caused by administration of the AT(1) receptor blocker losartan during lactation, and 2) whether this untoward effect can be used to engender a new model of chronic kidney disease. Male Munich-Wistar pups were divided into two groups: C, whose mothers were untreated, and L(Lact), whose mothers received oral losartan (250 mg.kg(-1).day(-1)) during the first 20 days after delivery. At 3 mo of life, both nephron number and the glomerular filtration rate were reduced in L(Lact) rats, whereas glomerular pressure was elevated. Unselective proteinuria and decreased expression of the zonula occludens-1 protein were also observed, along with modest glomerulosclerosis, significant interstitial expansion and inflammation, and wide glomerular volume variation, with a stable subpopulation of exceedingly small glomeruli. In addition, the urine osmolality was persistently lower in L(Lact) rats. At 10 mo of age, L(Lact) rats exhibited systemic hypertension, heavy albuminuria, substantial glomerulosclerosis, severe renal interstitial expansion and inflammation, and creatinine retention. Conclusions are that 1) oral losartan during lactation can be used as a simple and easily reproducible model of chronic kidney disease in adult life, associated with low mortality and no arterial hypertension until advanced stages; and 2) the mechanisms involved in the progression of renal injury in this model include glomerular hypertension, glomerular hypertrophy, podocyte injury, and interstitial inflammation.

Molecular profiling of isolated histological components of Wilms tumor implicates a common role for the Wnt signaling pathway in kidney and tumor development

Wilms tumor (WT), a tumor composed of three histological components - blastema (BL), epithelia and stroma - is considered an appropriate model system to study the biological relationship between differentiation and tumorigenesis. To investigate molecular associations between nephrogenesis and WT, the gene expression pattern of individual cellular components was analyzed, using a customized platform containing 4,608 genes. WT gene expression patterns were compared to genes regulated during kidney differentiation. BL had a closer gene expression pattern to the earliest stage of normal renal development. The BL gene expression pattern was compared to that of fetal kidney (FK) and also between FK and mature kidney, identifying 25 common de-regulated genes supposedly involved in the earliest events of WT onset. Quantitative RT-PCR was performed, confirming the difference in expression levels for 13 of 16 genes (81.2%) in the initial set and 8 of 13 (61.5%) in an independent set of samples. An overrepresentation of genes belonging to the Wnt signaling pathway was identified, namely PLCG2, ROCK2 and adenomatous polyposis coli (APC). Activation of the Wnt pathway was confirmed in WT, using APC at protein level and PLCG2 at mRNA and protein level. APC showed positive nuclear immunostaining for an independent set of WT samples, similarly to the FK in week 11. Lack of PLCG2 expression was confirmed in WT and in FK until week 18. Taken together, these results provided molecular evidence of the recapitulation of the embryonic kidney by WT as well as involvement of the Wnt pathway in the earliest events of WT onset. Copyright (C) 2008 S. Karger AG, Basel.

Effects of losartan, in monotherapy or in association with hydrochlorothiazide, in chronic nephropathy resulting from losartan treatment during lactation

Fanelli C, Fernandes BH, Machado FG, Okabe C, Malheiros DM, Fujihara CK, Zatz R. Effects of losartan, in monotherapy or in association with hydrochlorothiazide, in chronic nephropathy resulting from losartan treatment during lactation. Am J Physiol Renal Physiol 301: F580-F587, 2011. First published June 8, 2011; doi:10.1152/ajprenal.00042.2011.-We recently standardized a model (L(Lact)) of severe chronic kidney disease based on impaired nephrogenesis by suppression of angiotensin II activity during lactation (Machado FG, Poppi EP, Fanelli C, Malheiros DM, Zatz R, Fujihara CK. Am J Physiol Renal Physiol 294: F1345-F1353, 2008). In this new study of the L(Lact) model, we sought to gain further insight into renal injury mechanisms associated with this model and to verify whether the renoprotection obtained with the association of the angiotensin II receptor blocker losartan (L) and hydrochlorothiazide (H), which arrested renal injury in the remnant kidney model, would provide similar renoprotection. Twenty Munich-Wistar dams, each nursing six pups, were divided into control, untreated, and L(Lact) groups, given losartan (L; 250 mg.kg(-1).day(-1)) until weaning. The male LLact offspring remained untreated until 7 mo of age, when renal functional and structural parameters were studied in 17 of them, used as pretreatment control (L(Lact)Pre), and followed no further. The remaining rats were then divided among groups L(Lact) + V, untreated; L(Lact) + L, given L (50 mg.kg(-1).day(-1)) now as a therapy; L(Lact) + H, given H (6 mg.kg(-1).day(-1)); and L(Lact) + LH, given L and H. All parameters were reassessed 3 mo later in these groups and in age-matched controls. At this time, L(Lact) rats exhibited hypertension, severe albuminuria, glomerular damage, marked interstitial expansion/inflammation, enhanced cell proliferation, myofibroblast infiltration, and creatinine retention. L monotherapy normalized albuminuria and prevented hypertension and the progression of renal injury, inflammation, and myofibroblast infiltration. In contrast to the remnant model, the LH combination promoted only slight additional renoprotection, perhaps because of a limited tendency to retain sodium in L(Lact) rats.

Alpha-tocopherol prevents intrauterine undernutrition-induced oligonephronia in rats

The role of alpha-tocopherol during nephrogenesis was investigated in rats subjected to maternal undernutrition, which reduces the number of nephrons. alpha-tocopherol (350 mg/kg, p.o.) was administered daily to well-nourished or malnourished Wistar dams during pregnancy, or to prenatal undernourished rats during lactation. The kidneys of 1- and 25-day-old offspring were removed to evaluate expression of angiotensin II (Ang II) and to correlate this with expression of proliferating cell nuclear antigen, alpha-smooth muscle actin, fibronectin and vimentin in the glomeruli and tubulointerstitial space. One-day-old prenatally undernourished rats had reduced expression of Ang II and of kidney development markers, and presented with an enlarged nephrogenic zone. Maternal administration of alpha-tocopherol restored the features of normal kidney development in undernourished rats. Twenty-five-day-old prenatally undernourished progeny had fewer glomeruli than the control group. Conversely, animals from mothers that received alpha-tocopherol during lactation presented with the same number of glomeruli and the same glomerular morphometrical profile as the control group. Analyzing the levels of thiobarbituric acid reactive substances in the liver in conjunction with kidney development markers, it is plausible that alpha-tocopherol had antioxidant and non-antioxidant actions. This study provides evidence that alpha-tocopherol treatment restored Ang II expression, and subsequently restored renal structural development.

Analysis of PAX2 gene alterations in renal cell tumors

Dissertation for applying to a Master’s Degree in Molecular Genetics and Biomedicine submitted to the Sciences and Technology Faculty of New University of Lisbon

Perinatal development and adult blood pressure

A growing body of evidence supports the concept of fetal programming in cardiovascular disease in man, which asserts that an insult experienced in utero exerts a long-term influence on cardiovascular function, leading to disease in adulthood. However, this hypothesis is not universally accepted, hence animal models may be of value in determining potential physiological mechanisms which could explain how fetal undernutrition results in cardiovascular disease in later life. This review describes two major animal models of cardiovascular programming, the in utero protein-restricted rat and the cross-fostered spontaneously hypertensive rat. In the former model, moderate maternal protein restriction during pregnancy induces an increase in offspring blood pressure of 20-30 mmHg. This hypertensive effect is mediated, in part, by fetal exposure to excess maternal glucocorticoids as a result of a deficiency in placental 11-ß hydroxysteroid dehydrogenase type 2. Furthermore, nephrogenesis is impaired in this model which, coupled with increased activity of the renin-angiotensin system, could also contribute to the greater blood pressure displayed by these animals. The second model discussed is the cross-fostered spontaneously hypertensive rat. Spontaneously hypertensive rats develop severe hypertension without external intervention; however, their adult blood pressure may be lowered by 20-30 mmHg by cross-fostering pups to a normotensive dam within the first two weeks of lactation. The mechanisms responsible for this antihypertensive effect are less clear, but may also involve altered renal function and down-regulation of the renin-angiotensin system. These two models clearly show that adult blood pressure is influenced by exposure to one of a number of stimuli during critical stages of perinatal development.

Roles of mitogen-activated protein kinases and angiotensin II in renal development

Experimental and clinical evidence suggests that angiotensin II (AII) participates in renal development. Renal AII content is several-fold higher in newborn rats and mice than in adult animals. AII receptors are also expressed in higher amounts in the kidneys of newborn rats. The kidneys of fetuses whose mother received a type 1 AII receptor (AT1) antagonist during gestation present several morphological alterations. Mutations in genes that encode components of the renin-angiotensin system are associated with autosomal recessive renal tubular dysgenesis. Morphological changes were detected in the kidneys of 3-week-old angiotensin-deficient mice. Mitogen-activated protein kinases (MAPKs) are important mediators that transduce extracellular stimuli to intracellular responses. The MAPK family comprises three major subgroups, namely extracellular signal-regulated protein kinase (ERK), c-jun N-terminal kinases (JNK), and p38 MAPK (p38). Important events in renal growth during nephrogenesis such as cellular proliferation and differentiation accompanied by apoptosis on a large scale can be mediated by MAPK pathways. A decrease in glomerulus number was observed in embryos cultured for 48 and 120 h with ERK or p38 inhibitors. Many effects of AII are mediated by MAPK pathways. Treatment with losartan during lactation provoked changes in renal function and structure associated with alterations in AT1 and type 2 AII (AT2) receptors and p-JNK and p-p38 expression in the kidney. Several studies have shown that AII and MAPKs play an important role in renal development. However, the relationship between the effects of AII and MAPK activation on renal development is still unclear.

Maternal undernutrition and the offspring kidney: from fetal to adult life

Maternal dietary protein restriction during pregnancy is associated with low fetal birth weight and leads to renal morphological and physiological changes. Different mechanisms can contribute to this phenotype: exposure to fetal glucocorticoid, alterations in the components of the renin-angiotensin system, apoptosis, and DNA methylation. A low-protein diet during gestation decreases the activity of placental 11ß-hydroxysteroid dehydrogenase, exposing the fetus to glucocorticoids and resetting the hypothalamic-pituitary-adrenal axis in the offspring. The abnormal function/expression of type 1 (AT1R) or type 2 (AT2R) AngII receptors during any period of life may be the consequence or cause of renal adaptation. AT1R is up-regulated, compared with control, on the first day after birth of offspring born to low-protein diet mothers, but this protein appears to be down-regulated by 12 days of age and thereafter. In these offspring, AT2R expression differs from control at 1 day of age, but is also down-regulated thereafter, with low nephron numbers at all ages: from the fetal period, at the end of nephron formation, and during adulthood. However, during adulthood, the glomerular filtration rate is not altered, due to glomerulus and podocyte hypertrophy. Kidney tubule transporters are regulated by physiological mechanisms; Na+/K+-ATPase is inhibited by AngII and, in this model, the down-regulated AngII receptors fail to inhibit Na+/K+-ATPase, leading to increased Na+ reabsorption, contributing to the hypertensive status. We also considered the modulation of pro-apoptotic and anti-apoptotic factors during nephrogenesis, since organogenesis depends upon a tight balance between proliferation, differentiation and cell death.

Le diabète maternel influence la morphogenèse rénale et la programmation périnatale

Le diabète maternel est un facteur de risque majeur pour le développement de malformations congénitales. Dans le syndrome de l’embryopathie diabétique, l’exposition prolongée du fœtus à de hautes concentrations ambientes de glucose induit des dommages qui peuvent affecter plusieurs organes, dont les reins. Les malformations rénales sont la cause de près de 40 pourcent des cas d’insuffisance rénale infantile. L’hyperglycémie constitue un environnement utérin adverse qui nuit à la néphrogenèse et peut causer l’agenèse, la dysplasie (aplasie) ou l’hypoplasie rénale. Les mécanismes moléculaires par lesquels les hautes concentrations ambientes de glucose mènent à la dysmorphogenèse et aux malformations demeurent toutefois mal définis. Le diabète maternel prédispose aussi la progéniture au développement d’autres problèmes à l’âge adulte, tels l’hypertension, l’obésité et le diabète de type 2. Ce phénomène appelé ‘programmation périnatale’ a suscité l’intérêt au cours des dernières décennies, mais les mécanismes responsables demeurent mal compris. Mes études doctorales visaient à élucider les mécanismes moléculaires par lesquels le diabète maternel ou un environnement in utero hyperglycémique affecte la néphrogenèse et programme par la suite la progéniture a développer de l’hypertension par des observations in vitro, ex vivo et in vivo. Nous avons utilisé les cellules MK4, des cellules embryonnaires du mésenchyme métanéphrique de souris, pour nos études in vitro et deux lignées de souris transgéniques (Tg) pour nos études ex vivo et in vivo, soient les souris HoxB7-GFP-Tg et Nephrin-CFP-Tg. Les souris HoxB7-GFP-Tg expriment la protéine fluorescente verte (GFP) dans le bourgeon urétérique (UB), sous le contrôle du promoteur HoxB7. Les souris Nephrin-CFP expriment la protéine fluorescente cyan (CFP) dans les glomérules, sous le contrôle du promoteur nephrin spécifique aux podocytes. Nos études in vitro visaient à déterminer si les hautes concentrations de glucose modulent l’expression du gène Pax2 dans les cellules MK4. Les cellules MK4 ont été traitées pendant 24h avec du milieu contenant soit 5mM D-glucose et 20mM D-mannitol ou 25mM D-glucose et avec ou sans antioxydants ou inhibiteurs de p38 MAPK, p44/42 MAPK, PKC et NF-kB. Nos résultats ont démontré que le D-glucose élevé (25mM) augmente la génération des espèces réactives de l’oxygène (ROS) dans les cellules MK4 et induit spécifiquement l’expression du gène Pax2. Des analogues du glucose tels le D-mannitol, L-glucose ou le 2-Deoxy-D-glucose n’induisent pas cette augmentation dans les cellules MK4. La stimulation de l’expression du gène Pax2 par le D-glucose dans les cellules MK4 peut être bloquée par des inhibiteurs des ROS et de NF-kB, mais pas par des inhibiteurs de p38 MAPK, p44/42 MAPK ou PKC. Ces résultats indiquent que la stimulation de l’expression du gène Pax2 par les concentrations élevées de glucose est due, au moins en partie, à la génération des ROS et l’activation de la voie de signalisation NF-kB, et non pas via les voies PKC, p38 MAPK et p44/42 MAPK. Nos études ex vivo s’intéressaient aux effets d’un milieu hyperglycémique sur la morphogenèse de la ramification du bourgeon urétérique (UB). Des explants de reins embryonnaires (E12 à E18) ont été prélevés par micro-dissection de femelles HoxB7-GFP gestantes. Les explants ont ensuite été cultivés dans un milieu contenant soit 5mM D-glucose et 20mM D-mannitol ou 25mM D-glucose et avec ou sans antioxydants, catalase ou inhibiteur de PI3K/AKT pour diverses durées. Nos résultats ont démontré que le D-glucose stimule la ramification du UB de manière spécifique, et ce via l’expression du gène Pax2. Cette augmentation de la ramification et de l’expression du gène Pax2 peut être bloquée par des inhibiteurs des ROS et de PI3K/AKT. Ces études ont démontré que les hautes concentrations de glucose altèrent la morphogenèse de la ramification du UB via l’expression de Pax2. L’effet stimulant du glucose semble s’effectuer via la génération des ROS et l’activation de la voie de signalisation Akt. Nos études in vivo visaient à déterminer le rôle fondamental du diabète maternel sur les défauts de morphogenèse rénale chez la progéniture. Dans notre modèle animal, le diabète maternel est induit par le streptozotocin (STZ) chez des femelles HoxB7-GFP gestantes (E13). Les souriceaux ont été étudiés à différents âges (naissants et âgés de une, deux ou trois semaines). Nous avons examiné leurs morphologie rénale, nombre de néphrons, expression génique et les événements apoptotiques lors de cette étude à court terme. La progéniture des mères diabétiques avait un plus faible poids, taille et poids des reins, et possédait des glomérules plus petits et moins de néphrons par rapport à la progéniture des mères contrôles. La dysmorphogenèse rénale observée est peut-être causée par l’augmentation de l’apoptose des cellules dans la région du glomérule. Nos résultats ont montré que les souriceaux nés de mères diabétiques possèdent plus de podocytes apoptotiques et plus de marquage contre la caspase-3 active dans leurs tubules rénaux que la progéniture des mères contrôles. Les souriceaux des mères diabétiques montrent une augmentation de l’expression des composants du système rénine angiotensine (RAS) intrarénal comme l’angiotensinogène et la rénine, ainsi qu’une augmentation des isoformes p50 et p65 de NF-kB. Ces résultats indiquent que le diabète maternel active le RAS intrarénal et induit l’apoptose des glomérules, menant à une altération de la morphogenèse rénale de la progéniture. En conclusion, nos études ont permis de démontrer que le glucose élevé ou l’environnement in utero diabétique altère la morphogenèse du UB, qui résulte en un retard dans la néphrogenèse et produit des reins plus petits. Cet effet est dû, au moins en partie, à la génération des ROS, à l’activation du RAS intrarénal et à la voie NF-kB. Nos études futures se concentreront sur les mécanismes par lesquels le diabète maternel induit la programmation périnatale de l’hypertension chez la progéniture adulte. Cette étude à long terme porte sur trois types de progénitures : adultes nés de mères contrôles, diabétiques ou diabétiques traitées avec insuline pendant la gestation. Nous observerons la pression systolique, la morphologie rénale et l’expression de divers gènes et protéines. Nous voulons de plus déterminer si la présence d’un système antioxydant (catalase) peut protéger la progéniture des effets néfastes des ROS causés par l’environnement in utero hyperglycémique. Les souris Catalase-Tg expriment la catalase spécifiquement dans les tubules proximaux et nous permettrons d’explorer notre hypothèse sur le rôle des ROS dans notre modèle expérimental de diabète maternel.

Dissection du rôle fondamental de l'hyperglycémie sur la morphogenèse rénale

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Evaluation of mitochondrial function in a model of developmental programming of hypertension associated with transient neonatal oxygen exposure

UNE EXPOSITION NÉONATALE À L’OXYGÈNE MÈNE À DES MODIFICATIONS DE LA FONCTION MITOCHONDRIALE CHEZ LE RAT ADULTE Introduction: L’exposition à l’oxygène (O2) des ratons nouveau-nés a des conséquences à l’âge adulte dont une hypertension artérielle (HTA), une dysfonction vasculaire, une néphropénie et des indices de stress oxydant. En considérant que les reins sont encore en développement actif lors des premiers jours après la naissance chez les rats, jouent un rôle clé dans le développement de l’hypertension et qu’une dysfonction mitochondriale est associé à une augmentation du stress oxydant, nous postulons que les conditions délétères néonatales peuvent avoir un impact significatif au niveau rénal sur la modulation de l’expression de protéines clés du fonctionnement mitochondrial et une production mitochondriale excessive d’espèces réactives de l’ O2. Méthodes: Des ratons Sprague-Dawley sont exposés à 80% d’O2 (H) ou 21% O2 (Ctrl) du 3e au 10e jr de vie. En considérant que plusieurs organes des rats sont encore en développement actif à la naissance, ces rongeurs sont un modèle reconnu pour étudier les complications d’une hyperoxie néonatale, comme celles liées à une naissance prématurée chez l’homme. À 4 et à 16 semaines, les reins sont prélevés et les mitochondries sont extraites suivant une méthode d’extraction standard, avec un tampon contenant du sucrose 0.32 M et différentes centrifugations. L’expression des protéines mitochondriales a été mesurée par Western blot, tandis que la production d’ H202 et les activités des enzymes clés du cycle de Krebs ont été évaluées par spectrophotométrie. Les résultats sont exprimés par la moyenne ± SD. Résultats: Les rats mâles H de 16 semaines (n=6) présentent une activité de citrate synthase (considéré standard interne de l’expression protéique et de l’abondance mitochondriales) augmentée (12.4 ± 8.4 vs 4.1 ± 0.5 μmole/mL/min), une diminution de l’activité d’aconitase (enzyme sensible au redox mitochondrial) (0.11 ± 0.05 vs 0.20 ± 0.04 μmoles/min/mg mitochondrie), ainsi qu’une augmentation dans la production de H202 (7.0 ± 1.3 vs 5.4 ± 0.8 ρmoles/mg protéines mitochondriales) comparativement au groupe Ctrl (n=6 mâles et 4 femelles). Le groupe H (vs Ctrl) présente également une diminution dans l’expression de peroxiredoxin-3 (Prx3) (H 0.61±0.06 vs. Ctrl 0.78±0.02 unité relative, -23%; p<0.05), une protéine impliquée dans l’élimination d’ H202, de l’expression du cytochrome C oxidase (Complexe IV) (H 1.02±0.04 vs. Ctrl 1.20±0.02 unité relative, -15%; p<0.05), une protéine de la chaine de respiration mitochondriale, tandis que l’expression de la protéine de découplage (uncoupling protein)-2 (UCP2), impliquée dans la dispersion du gradient proton, est significativement augmentée (H 1.05±0.02 vs. Ctrl 0.90±0.03 unité relative, +17%; p<0.05). Les femelles H (n=6) (vs Ctrl, n=6) de 16 semaines démontrent une augmentation significative de l’activité de l’aconitase (0.33±0.03 vs 0.17±0.02 μmoles/min/mg mitochondrie), de l’expression de l’ATP synthase sous unité β (H 0.73±0.02 vs. Ctrl 0.59±0.02 unité relative, +25%; p<0.05) et de l’expression de MnSOD (H 0.89±0.02 vs. Ctrl 0.74±0.03 unité relative, +20%; p<0.05) (superoxide dismutase mitochondriale, important antioxidant), tandis que l’expression de Prx3 est significativement réduite (H 1.1±0.07 vs. Ctrl 0.85±0.01 unité relative, -24%; p<0.05). À 4 semaines, les mâles H (vs Ctrl) présentent une augmentation significative de l’expression de Prx3 (H 0.72±0.03 vs. Ctrl 0.56±0.04 unité relative, +31%; p<0.05) et les femelles présentent une augmentation significative de l’expression d’UCP2 (H 1.22±0.05 vs. Ctrl 1.03±0.04 unité relative, +18%; p<0.05) et de l’expression de MnSOD (H 1.36±0.01 vs. 1.19±0.06 unité relative, +14%; p<0.05). Conclusions: Une exposition néonatale à l’O2 chez le rat adulte mène à des indices de dysfonction mitochondriale dans les reins adultes, associée à une augmentation dans la production d’espèces réactives de l’oxygène, suggérant que ces modifications mitochondriales pourraient jouer un rôle dans l’hypertension artérielle et d’un stress oxydant, et par conséquent, être un facteur possible dans la progression vers des maladies cardiovasculaires. Mots-clés: Mitochondries, Reins, Hypertension, Oxygène, Stress Oxydant, Programmation

Maternal undernutrition and the offspring kidney: from fetal to adult life

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Perfil de expressão dos mIRNAS da família mIR-200 e mIR-192 no rim total e glomérulos isolados de ratos submetidos à restrição protéica in útero

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Ansatz zur Generierung einer konditionalen, reversiblen Wt1 k.o.-Maus

Ansatz zur Generierung einer konditionalen, reversiblen Wt1 k.o.-Maus Der Wilms-Tumor (WT, Nephroblastom) ist ein embryonaler Nierentumor, der durch die maligne Transformation von undifferenziertem Nierengewebe, sog. nephrogenen Resten, entsteht. WT treten mit einer Inzidenz von 1 in 10.000 Lebendgeburten auf. Das Hauptmanifestationsalter, der normalerweise einseitig und sporadisch auftretenden Tumore, liegt zwischen dem 3. und 4. Lebensjahr. Etwa 10 % der Patienten entwickeln jedoch bilaterale Tumore. In diesen Fällen ist eine Assoziation mit komplexen genetischen Krankheitsbildern (u. a. WAGR-, Denys-Drash-, Frasier- und Beckwith-Wiedemann-Syndrom) festzustellen. In 15 % der sporadischen WT sind Mutationen im WT1 (Wilms-Tumor 1)-Gen beschrieben. WT1 besteht aus zehn Exons und weist typische Merkmale von Transkriptionsfaktoren (z. B. vier Zinkfinger) auf. Zwei alternative Spleißereignisse betreffen Exon 5 (+/−Exon 5) und Exon 9 (Transkripte mit bzw. ohne die codierenden Sequenzen für die AS Lysin-Threonin-Serin; +/−KTS). Die Lage der drei alternativ vorhandenen AS zwischen den Zinkfingern 3 und 4 bestimmt die verschiedenen Funktionen der WT1-Proteine (4 Isoformen) als Transkriptionsfaktor (−KTS) bzw. als RNA-bindendes Protein (+KTS). Das zunächst im Zusammenhang mit WT als Tumorsuppressorgen identifizierte WT1 ist ein Entwicklungsgen mit einem sehr komplexen Expressionsmuster in der Embryonalentwicklung. Dabei ist v. a. die Bedeutung in der Urogenitalentwicklung entscheidend. Konstitutive, homozygote Wt1−/− k.o.-Mäuse sind embryonal (~ E12,5 dpc) letal und bilden u. a. keine Gonaden und keine Nieren. Aus diesem Grund existiert bisher kein Wilms-Tumormodell. Die Herstellung eines konditionalen murinen Tiermodells auf Basis des Tet on/off-Systems zur Untersuchung der Nierenentwicklung bzw. zur Analyse der Wilms-Tumorpathogenese war Ziel dieser Arbeit. Hierfür wurden drei Mauslinien generiert: Zwei transgene sog. Responder-Linien, die eine chimäre spleißbare Wt1-cDNA der Variante musWt1+Exon 5;+/−KTS unter der Kontrolle eines Tet-responsiven Promotors im Genom tragen. Dieses tTA/Dox-abhängig regulierbare Wt1-Transgen (tgWt1) sollte (exogen regulierbar) die Expression des endogenen Wt1-Lokus ausreichend nachahmen, um die kritischen Phasen der Embryogenese zu überwinden und lebensfähige Tiere zu erhalten. Parallel dazu wurde die Wt1-Effektor-Mauslinie (WE2) generiert. Diese trägt einen tetrazyklinabhängigen Transaktivator (tTA) zur Steuerung Tet-regulierbarer Transgene unter der Kontrolle des endogenen Wt1-Promotors. Die durch homologe Rekombination in ES-Zellen erreichte Integration des tTA direkt am Translationsstartpunkt des Wt1-Lokus hat in den Tieren einen heterozygoten Wt1 knock out/tTA knock in zur Folge. Die bisher vorgenommenen Verpaarungen doppelt transgener Wt1-tTA+/−/Resp-Mäuse ergaben keinen Rescue des letalen Wt1 k.o. und es konnten bislang keine Wilms-Tumore induziert werden. Alle im Verlauf der Arbeit generierten Mauslinien wurden umfassend charakterisiert. So konnte für die Tiere der Responder-Linien Wt1-Resp1 (mit zusätzlichen Isolator-Sequenzen zum Schutz des Transgens vor Positionseffekten) und Wt1-Resp2 (ohne Isolatoren) konnte die Tet-induzierbare Expression und die Spleißbarkeit des tgWt1 in MEF-Assays und mittels Effektor-Mäusen auf RNA-Ebene nachgewiesen werden. Die genomische Charakterisierung der WE2-Linie ergab eine ungeklärte etwa 120 kb große Inversion am Wt1-Lokus, die alle 5'-regulatorischen Sequenzen mitsamt des tTA vom Rest von Wt1 trennt. Tiere dieser Linie weisen aber dennoch einen funktionalen Wt1 k.o. auf: Unter den Nachkommen aus Intercross-Verpaarungen von Wt1-tTA+/−-Mäusen lassen sich auf Grund der Letalität keine Wt1−/−-Genotypen nachweisen. Die Charakterisierung der Effektor-Linie auf RNA-Ebene und mittels Reporter-Mäusen liefert ein Wt1-analoges tTA-Expressionsmuster: So findet man eine deutliche tTA-Expression u. a. in Niere (Glomeruli), Uterus, Ovar und Testis. Die hier vorgestellten Experimente ergeben darüber hinaus eindeutige Hinweise einer Beteiligung von Wt1 in der Entstehung der glatten Muskulatur bzw. in der Vaskulogenese.