Renale Glukoneogenese und Ammoniakbildung in Zellkultur

Die zentrale Rolle der Niere in der Aufrechterhaltung des Säure-Basen Gleichgewichts des Organismus beruht auf der Fähigkeit zur Ausscheidung überschüssiger Säuren oder Basen. Die im Stoffwechsel in Form überschüssiger Protonen netto anfallenden nicht flüchtigen Säure-Äquivalente können in drei möglichen Formen über die Niere ausgeschieden werden: als titrierbare Säure (hauptsächlich als Phosphat), in Form von Ammonium-Ionen, oder als freie Protonen. Die Produktion und Ausscheidung von Ammoniak durch proximale Tubulusepithelzellen stellt dabei den wichtigsten Stoffwechselweg dar, über den die Niere den Säureüberschuß zu eliminieren vermag. Sehr eng mit dem Glutamin- und Ammoniakstoffwechsel von Nierenepithelzellen verknüpft ist die renale Glukoneogenese, über welche netto anfallende organische Anionen in die Glukose-Neubildung eingeschleust und somit "neutralisiert" werden können. Bei azidotischer Stoffwechsellage, als bei einem Absinken des extrazellulären pH-Wertes, kommt es zu einer adaptiven Zunahme der renalen Ammoniak-Produktion und Ausscheidung, wie auch zu einer Zunahme der renalen Glukoneogenese. Diese adaptiven Veränderungen kommen durch eine erhöhte Expression der Schlüsselenzyme der beiden Stoffwechselwege, der Phospat-abhängigen Glutaminase (GA) und der Phosphoenolpyruvat Carboxykinase (PEPCK) zustande. In Versuchen an der Ratte konnte gezeigt werde, daß die Erhöhung der PEPCK - Aktivität aus einer erhöhten Transkription resultiert, während im Falle der GA-Aktivitätssteigerung eine Erhöhung der Stabilität der GA mRNA beobachtet werden konnte. Die molekularen Mechanismen, die zur erhöhten Genexpression führen, sind aber noch weitgehend ungeklärt. Sie ist bis heute nicht bekannt, über welche "Sensoren" eine Nierenepithelzelle Änderungen im extrazellulären pH-Wert detektiert, und wie dieses Signal dann die Anschaltung spezifischer Gene reguliert. Um die molekularen Mechanismen der Säure-Basen-Adaptation renaler Tubulusepithelzellen in vitro studieren zu können, bedarf es geeigneter Zellmodelle. Wir konnten kürzlich einen glukoneogenen Zellstamm aus einer Niereneptihelzell-Linie isolieren, welcher bei Azidose in Zellkultur mit einer adaptiven Zunahme der GA und PEPCK Aktivität reagiert. Diese glukoneogene Nierenepithelzell-Linie ist derzeit das einzige verfügbare in vitro- Modell, das einerseits PEPCK exprimiert, und andererseits mit einem adaptiven Anstieg von PEPCK und Glutaminase auf metabolische Azidose antwortet. Die zellbiologischen, zellkulturtechnischen, und molekular- biologischen Grundlagen dieser zellulären Adaptation werden im derzeit laufenden FWF-Projekt P11126-MED erarbeitet. Auch konnten bereits einige grundlegenden Fragen zum Mechanismus der Induktion der Genexpression beantwortet werden. Die alte Frage, ob und wie proximale Tubulusepithelzellen pH-Wert detektieren und über welche Signalkaskade dann ins Zellinnere vermitteln, bleibt nach wie vor weitgehend ungeklärt. Im vorliegenden Projektantrag sollen deshalb, aufbauend auf unsere bisherigen Arbeiten, die beteiligten Signalwege, die zur erhöhten Genexpression bei Azidose führen, eingehend untersucht werden.