Förderbeispiel
Filterzellen für die Nieren
Podozyten spielen bei den Filtervorgängen in den Nieren eine besondere Rolle. Allerdings haben diese Zellen eine ungünstige Eigenschaft: ähnlich wie Nervenzellen teilen sie sich ab einem bestimmten Entwicklungsgrad nicht mehr. Gehen sie allerdings verloren, dann nimmt die Niere Schaden. In dem Forschungsprojekt „Podocyte Replenishment from Progenitors“ (PodoRePro) – übersetzt: Podozytenersatz aus Vorläuferzellen – erforschen Karlhans und Nicole Endlich, Georg Füllen, Marcus Möller und ihre Kollegen, wie man andere Nierenzellen zur Umwandlung in Podozyten stimulieren kann. Das Bundesforschungsministerium fördert das Projekt seit 2008 mit insgesamt 900.000 Euro.
Über 50 Mal filtern die Nieren täglich das Blut. Pro Tag ergibt das etwa 180 Liter Filtrat, von denen allerdings nur etwa zwei Liter tatsächlich ausgeschieden werden. Die Niere teilt sich grob in zwei Bereiche auf. Zum einen gibt es die Nierenkörperchen, die die so genannten Glomeruli enthalten. Das sind Knäuel von Kapillaren, durch deren Wände das Blut gefiltert wird. Große Moleküle wie Blutzellen und Proteine werden an dieser Grenze zurückgehalten, nur kleinere Moleküle bahnen sich den Weg durch die Wand der Kapillaren.
Den zweiten Bereich bildet das tubuläre System, über das viele der herausgefilterten Stoffe in den Körper zurückgeführt werden. Die Stoffe jedoch, die nicht mehr benötigt werden oder gar schädlich sind, Harnstoff beispielsweise oder Arzneimittel, werden gen Harnblase transportiert und als Urin ausgeschieden.
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Nierenkörperchen sind besonders anfällig für Erkrankungen
In dem Forschungsprojekt PodoRePro untersuchen die Wissenschaftler insbesondere den ersten Bereich, das Kapillarsystem der Nierenkörperchen. Die Außenwände der Kapillaren sind mit Podozyten bedeckt. Diese Zellen bilden einen wichtigen Teil des Filters und sorgen für ein sensibles Gleichgewicht. „Das heißt, wenn es zu wenig Podozyten gibt, dann verliert der Organismus auch Proteine, was er auf Dauer nicht verträgt“, erläutert der Greifswalder Nierenforscher Karlhans Endlich. „Wenn wiederum die Nierenkörperchen mit Zellen zugewuchert sind, werden auch die Schadstoffe nicht mehr herausgefiltert, und in dem Fall ist eine Dialyse nötig.“
Der Verlust von Podozyten ist eine der wichtigsten Ursachen für chronisches Nierenversagen. Etwa 2,5 Millionen Menschen in Deutschland leiden an einer chronischen Nierenerkrankung, wovon mehr als 80.000 von der Dialyse abhängig sind. Mehr als zwei Milliarden Euro jährlich kosten die Therapien. Für das Gesundheitssystem könnten neuartige Therapien also eine erhebliche Entlastung bedeuten, den Patienten wiederum blieben anstrengende Behandlungen wie die Dialyse oder Transplantationen erspart.
Benachbarte Zellen in Podozyten umwandeln
Um das Kapillarknäuel des Nierenkörperchens herum bilden sogenannte Parietalzellen einen kugeligen Raum, in den das Filtrat hineinfließt und von dort in das tubuläre System übergeht. Die Parietalzellen sind also direkte Nachbarn der Podozyten und können zudem eine entscheidende Rolle zur Wiederherstellung der empfindlichen Filterzellen bilden, vermuten die PodoRePro-Forscher.
Bereits vor Projektbeginn hat einer der Beteiligten, der Aachener Nierenforscher Marcus Möller, festgestellt, dass bei Mäusen die Parietalzellen sich unter ganz bestimmten Umständen in Podozyten umwandeln können. „Therapeutisch ist das natürlich wahnsinnig interessant, weil die Podozyten sich selbst ja nicht mehr teilen können“, so der Nierenspezialist Endlich. Die Idee hinter PodoRePro ist darum, den Vorgang zu untersuchen, wie sich Parietalzellen in Podozyten differenzieren können. Noch bis in den Sommer 2012 werden die Forscher analysieren, was die beiden Zelltypen molekular unterscheidet, welche Gene also jeweils aktiv sind und durch welche Transkriptionsfaktoren sie in Gang gesetzt werden.
PodoRePro |
Am Verbundprojekt PodoRePro arbeiten Forscher aus Aachen, Rostock und Greifwald mit. hier klicken |
Das ZIK FunGene (Zentrum für Innovationskompetenz - Funktionelle Genomforschung) in Greifswald liefert die biotechnologischen Werkzeuge für das Projekt: spezielle Gene Arrays, das heißt Chips mit mehr als 750.000 Sonden, auf die die DNA der jeweiligen Zellen aufgetragen wird. Verbindet sich ein Stück der DNA mit einer Sonde, dann wird dies als Fluoreszenzsignal sichtbar. „Genau genommen wird zunächst die RNA der Zellen in DNA umgeschrieben, die an die Sonden bindet, und durch das Signal sehen wir, welche Gene exprimiert sind und welche nicht“, erläutert Endlich.
Dabei erhalten die Nierenforscher Unterstützung von einem Team um Georg Füllen vom Institut für Biostatistik und Informatik in Medizin und Alternsforschung an der Universität Rostock. Für die Auswertung der riesigen Datenmengen entwickeln die Rostocker Bioinformatiker spezifische Algorithmen für den Differenzierungsvorgang der Zellen.
Erklärungsmöglichkeiten auch für andere Nierenerkrankungen
Die räumliche Nähe und auch die Ähnlichkeiten zwischen Parietalzellen und Podozyten ist für viele Komplikationen in den Nieren verantwortlich, vermuten Endlich und seine Kollegen. So könne es passieren, dass Podozyten in die Zellschicht der Parietalzellen eindringen und diese in ihrem Wachstum aktivieren. Möglich sei auch, wenn ein Podozyt verloren gegangen ist, dass Parietalzellen an dessen Stelle auf die Kapillaren wandern und dort wuchern. „Der eine wie der andere Vorgang führt dazu, dass die Parietalzellen anfangen zu wachsen, eine Matrix zu bilden und ein Nierenkörperchen durch ihr ungebremstes Wachstum zerstören.“ Mit ihren Ergebnissen zu den genetischen Grundlagen der beiden Zelltypen, so hofft Endlich, ließen sich auch weitere Erkrankungen rund um die Glomeruli verstehen und Therapieansätze entwickeln.
Autorin: Anke Wilde
