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Medizinische Universität Graz    

Meine Abschlussarbeiten - Publikationen

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Bibliografische Informationen
 Der Einfluss des Hydroxycarboxylic acid receptor 2 auf die renoprotektiven Effekte einer ketogenen Ernährung in der experimentellen Glomerulonephritis  
 Hintergrund und Fragestellung

Glomerulonephritiden stellen weiterhin eine therapeutische Herausforderung in der Nephrologie dar und können rasch zu einer akuten Nierenfunktionsverschlechterung bis hin zu einer terminalen Niereninsuffizienz führen. Vorarbeiten der Arbeitsgruppe zeigten in einem murinen Modell einer Glomerulonephritis, der nephrotoxischen Serumnephritis (NTS), eine signifikante Reduktion von Albuminurie und renaler Fibrose unter ketogener Ernährung (KD). ß-Hydroxybutyrat (BHB), der unter KD dominierende Ketonkörper, ist ein endogener Ligand des Hydroxycarbonsäurerezeptor 2 (HCAR2). Ob die nephroprotektiven KD-Effekte über diesen Rezeptor vermittelt werden, war bislang unklar und ist Gegenstand der vorliegenden Arbeit. Hierzu wurde zunächst die zelltypspezifische Hcar2-Expression im murinen Glomerulum charakterisiert und anschließend im Hcar2-Knockout (KO)-Modell untersucht, ob HCAR2 für die KD-vermittelten renalen Effekte erforderlich ist.



Material und Methoden

Die zelltypspezifische Hcar2-Expression wurde durch Re-Analyse eines publizierten murinen scRNA-seq-Datensatzes isolierter Glomerula unter Kontroll- und NTS-Bedingungen an den Tagen 1 und 5 nach Induktion (Chung et al., 2020; GEO: GSE140989) charakterisiert. Nachfolgend wurde die Hcar2-mRNA-Expression im Gesamtnierengewebe mittels qRT-PCR in den vier Gruppen Standardfutter (SC) sowie KD mit und ohne NTS quantifiziert. Für den funktionellen Teil der Arbeit wurden Hcar2-KO-Mäuse und Wildtyp (WT)-Littermate-Kontrollen nach NTS-Induktion ab Tag 3 entweder mit KD oder SC ernährt. In einem Kurzzeitexperiment wurden die Tiere an Tag 14 euthanasiert, in einem Langzeitexperiment wurden die KD-Gruppen an Tag 21 auf SC umgestellt und bis Tag 56 weiterverfolgt. Als renale Endpunkte dienten die Albumin-Kreatinin-Ratio (ACR) im Spontanurin an den Tagen 3, 7, 14 und 21, die mRNA-Expression der Fibrosemarker Acta2, Col1a1 und Col3a1 an Tag 14, der Anteil glomerulärer Halbmondbildung in PAS-Schnitten an Tag 14 sowie der Sirius-Red-positive kortikale Flächenanteil an Tag 56. Es erfolgte zudem longitudinal die Bestimmung der BHB-Konzentration im Blut, des Blutzuckers sowie des Körpergewichts.



Ergebnisse

Die scRNA-seq-Re-Analyse identifizierte zwölf transkriptionell distinkte Zellpopulationen im murinen Glomerulum, wobei Hcar2 in residenten glomerulären Zelltypen nicht relevant exprimiert war. Im Immunzellkompartiment konnte eine Expression vorrangig in neutrophilen Granulozyten festgestellt werden. Hierbei zeigte sich deskriptiv an Tag 5 nach NTS-Induktion eine höhere Expression als an Tag 1 und in der Kontrolle. Im Gesamtnierengewebe war Hcar2 unter NTS und KD am stärksten exprimiert (Fold-Change 12,29 gegenüber SC; p < 0,0001), unter GN-SC betrug der Fold-Change 5,68 (p < 0,05). KD allein veränderte die Expression gegenüber SC nicht signifikant.



KD-Gruppen beider Genotypen zeigten ab Tag 7 im Vergleich zu SC einen deutlichen Anstieg der BHB-Konzentration im Blut (p < 0,001). Ab Tag 7 lagen die Blutglukosewerte in den KD-Gruppen signifikant unter jenen der SC-Gruppen (p < 0,0001). Das Körpergewicht der KD-Tiere war ab Tag 7 signifikant niedriger als unter SC (p < 0,05), der deutlichste Unterschied zeigte sich an den Tagen 15 und 21 (p < 0,0001). Nach Umstellung auf SC näherten sich die Gewichte ab Tag 35 wieder an und waren an Tag 56 in allen Gruppen vergleichbar. Zwischen WT-KD und KO-KD bestanden zu keinem Zeitpunkt signifikante Unterschiede in BHB, Blutglukose oder Körpergewicht.



Die ACR war an Tag 14 in beiden KD-Gruppen gegenüber den SC-Gruppen signifikant reduziert (p < 0,05). An Tag 21 lag KO-KD weiterhin signifikant unter KO-SC (p < 0,01). Zwischen WT-KD und KO-KD bestand an keinem Messzeitpunkt ein signifikanter Unterschied. Die fibroseassoziierte Genexpression (Acta2, Col1a1, Col3a1) sowie der Halbmondanteil in der PAS-Färbung an Tag 14 unterschieden sich unter KD nicht zwischen den Genotypen. Der Sirius-Red-positive kortikale Flächenanteil an Tag 56 war in den KD-Gruppen numerisch geringer als in den SC-Gruppen. WT-KD und KO-KD unterschieden sich hierbei nicht.





Schlussfolgerung

Hcar2 ist im entzündeten Glomerulum vorwiegend in neutrophilen Granulozyten exprimiert und erreicht im Gesamtnierengewebe unter kombinierter NTS- und KD-Bedingung die höchste Genexpression. Trotz dieser Konstellation blieben die KD-assoziierten renoprotektiven Effekte im Hcar2-KO erhalten und zeigen damit eine Wirkung der KD über eine Rezeptor-vermittelte Signalgebung hinaus. Eine modulierende Funktion von HCAR2 in spezifischen Zellpopulationen kann auf Basis des Ganzkörper-Knockouts nicht ausgeschlossen werden.  
 Ketogene Ernährung; HCAR2; Glomerulonephritis; ß-Hydroxybutyrat; Fibrose; CKD; scRNA-seq  
 
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 Nephrologie
Autorinnen*Autoren / Co-Autorinnen*Co-Autoren
  Göhring, Sebastian; B.Sc.
Betreuende Einrichtung / Studium
  Universitätsklinik für Innere Medizin
 UO 202 Humanmedizin  
Betreuung / Beurteilung
  Eller, Kathrin; Univ.-Prof. Dr.med.univ.
  Klötzer, Konstantin Adrian; Dr.med.univ.