Mesotheliale Stressantwort und Zytoprotektion

Peritonealdialyse-Lösungen (PDF) schädigen die Peritonealmembran. Aktuelle Forschung, meist durch die pharmazeutische Industrie finanziert, beschränkt sich derzeit darauf, die Toxizität der PDFs zu reduzieren. In diesem Projekt soll durch Manipulation der Stressantwort die zellulären Reparaturmechanismen verstärkt und die Mesothelzelle erstmals in einem innovativen Ansatz geschützt werden. Eine derartige "Zytoprotektion" stellt ein besonders vielversprechendes therapeutisches Werkzeug in der Peritonealdialyse dar, da das Prinzip der PD aus wiederholten, exakt vorhersagbaren (zellschädigenden) Kontakten der Peritonealmembran mit PDF besteht. Wir zeigten kürzlich, daß die Induktion der zelluären Stressantwort durch Konditionierung/ Transfektion das Überleben der Mesothelzelle sichert. Die zelluläre Stressantwort ist jedoch ein äußerst komplexer Prozess in der Zelle. Unsere bisherigen Studien beschränkten sich auf Hitzeschockproteine (HSP) als Marker und Effektor der Stressantwort. Neueste Forschungsergebnisse zeigten, daß die zelluläre Stressantwort im Zellmetabolismus, bei Proliferation und Zelltod, bei der Zytoskeletalen Organisation und Signalübertragung sowie bei der Regulation der Zelldifferenzierung und Entzündungsregulation eine Rolle spielt Im vorgeschlagenen Projekt wollen wir diesem komplexe Themengebiet mittels Proteomics, FACS und Bioinformatik in einem interdisziplinärem Team näher kommen. Isolierte oder kombinierte physikalisch- chemischer Eigenschaften der PDF werden im menschlichen Zellkulturmodell und im Tierversuch auf Proteinexpression/modifikation untersucht. Der Vergleich der Proteinprofile soll die essentiellen Prozesse die mit der Zytoprotektion assoziiert sind charakterisieren. Die zelluläre Stressanwort wollen wir durch Additive zur herkömmlichen PDF beeinflussen. Hier werden "cytoprotective small molecules" zum Einsatz kommen, die vorher auf ihre Zytoprotektivität ("desired effects") und auf Proteinexpression/Modifikations Muster ("side effects") untersucht worden sind. Die Resultate dieser Arbeit sollen nicht nur neue Einblicke in die zellulären Vorgänge der PDF gestressten Mesothelzelle geben und zytoprotektive Mechanismen definieren, sondern auch einen Prototyp einer cytoprotektiven PDF entwickeln. Dieser Ansatz bietet die Basis für Pilotstudien in Patienten an der PD um die Wirksamkeit des neu entwickelten Therapieansatzes zu evaluieren. Durch das interdisziplinäre Design wird eine international kompetitive wissenschaftliche Plattform für zukünftige Projekte der PDF Entwicklung in Wien geschaffen.

Peritonealdialyse (PD) ist oft die einzige mögliche Nierenersatztherapie für Kinder und Neugeborene mit Nierenerkrankungen, aber sie ist auch eine schonende Alternative zur Hämodialyse (Blut-Dialyse). Bei der PD wird immer wieder eine Flüssigkeit (PDF) in den Bauchraum (Peritoneum) gefüllt, die dem Patienten Wasser und toxische Substanzen entzieht und dadurch die Nierenfunktion ersetzt. Leider werden PDF als "bio-inkompatibel" bezeichnet, weil im Zuge der Langzeitbehandlung die Mesothelzellen, die die Bauchhöhle auskleiden (Membran) geschädigt werden, was zum "technischen" Versagen der Therapie führt. Unsere Forschungsgruppe erforscht die molekularen Mechanismen, die zu dieser Schädigung der Peritonealmembran führen und versucht die Stressantwort der Zellen gezielt zu manipulieren um sie widerstandsfähiger zu machen. Um die Mechanismen der Zellschädigung zu verstehen wird ein "Proteomics" Ansatz verwendet. Dabei werden die Bestandteile (Proteine) der Zellen nach Behandlung mit PDF nach ihrer Ladung sowie nach ihrer Masse in einem Gel aufgetrennt. Durch das Vergleichen solcher Gele konnten Proteine identifiziert werden, die bei PDF Stress eine besonders wichtige Funktion haben. Als besonders wichtig für die Zellreparatur nach PDF Einwirkung konnten die sogenannten Hitze-Schock-Proteine (HSP) identifiziert werden. Diese zellulären Sanitäter stabilisieren andere Proteine - üblicherweise nach Hitze- Einwirkung - und helfen der Zelle so zu überleben. Neben den HSP spielen vor allem solche Proteine eine Rolle, die in Entzündungsprozessen, beim programmierten Zelltod (Apoptose) und beim Struktur-Aufbau der Zelle von Bedeutung sind. Unsere Untersuchungen ergaben, dass bei wiederholter Einwirkung von PDF quasi ein Gewöhnungseffekt der Zellen eintritt, der verhindert, dass diese immer wieder ausreichend geschützt werden. Wir haben in diesem Projekt nicht nur die Reaktion der Mesothelzellen auf PDF selbst sondern auch auf deren Bestandteile getestet und herausgefunden, dass möglicherweise sogenannte Glukose-Abbau-Produkte, die bei der Hitze-Sterilisation der Glukose-haltigen PDF entstehen, die richtige Stress-Antwort der Zellen auf die einwirkende Stimulation behindern. In der Folge haben wir verschiedene Substanzen untersucht, die als Zusatz in der PDF die Stressantwort der Mesothelzellen verbessern könnten. Vor allem die natürlich vorkommende Aminosäure Glutamin wurde von uns in unterschiedlichen Modellen der experimentellen PD getestet und kann unter Umständen tatsächlich den Effekt der inadäquaten Stressantwort von Mesothelzellen nach PDF Einwirkung aufheben. Diese Entdeckung kann genutzt werden, um in Zukunft besser verträglichere PDF für Patienten an der PD zur Verfügung zu stellen.