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Neue Marker bei Nierenversagen

Herkömmliche Biomarker wie Serum-Kreatinin oder Proteinurie reichen nicht aus, um den fortschreitenden Verlust der Nierenfunktion frühzeitig zu erkennen. Forscher um Dr. Michael Rudnicki an der von Prof. Gert Mayer geleiteten Innsbrucker Nephrologischen Klinik untersuchen deshalb mittels Genom-weiten Analysen neue Pathomechnismen und suchen neue mögliche Biomarker.

Chronische Niereninsuffizienz kann über Jahre zu einem fortschreitenden Verlust der Nierenfunktion und schließlich zum terminalen Nierenversagen führen und so eine Dialyse notwendig machen. Verschiedene Krankheitsbilder wie Proteinurie, Entzündungen, Sauerstoffmangel im Gewebe und die gestörte Neubildung von kapillaren Blutgefäßen sind einzeln oder im Zusammenspiel für die fehlende Funktion der Nierenzellen verantwortlich. Dabei spielt der histologische und funktionelle Zustand vor allem der Nierentubuluszellen, die rund 90 Prozent der aktiven Zellen in der Nierenrinde ausmachen, für die Prognose eine entscheidende Rolle. „Zwar korreliert der Verlust dieser Zellen und auch das Ausmaß der interstitiellen Fibrose mit einer schlechten Prognose, für den funktionellen Zustand der Tubuluszellen, aber auch für die Prognose der Nierenerkrankung gibt es jedoch kaum etablierte Marker“, erklärt Dr. Michael Rudnicki. Aus diesem Grund untersucht er gemeinsam mit seiner Arbeitsgruppe an der von Prof. Gert Mayer geleiteten Univ.-Klinik für Innere Medizin IV, Schwerpunkt Nephrologie und Hypertensiologie, die Genexpression in den Tubuluszellen mit cDNA Microarrays.

Genom-weite Analyse

Dazu werden Gefrierschnitte von menschlichen Nierenbiopsien spezifisch angefärbt und die proximalen Tubuluszellen mit Hilfe eines Lasers isoliert. In Kooperation mit Prof. Tim Meyer von der nephrologischen Abteilung der University of Stanford School of Medicine wird dann die RNA auf sogenannte cDNA Microarrays hybridisiert. Dabei handelt es sich um Glas-Objektträger herkömmlicher Größe, auf die circa 44.000 cDNAs unterschiedlicher Gene gespottet werden. „Hybridisiert man fluoreszenzmarkierte RNA auf diese Microarrays“, erläutert Michael Rudnicki, „dann kann man die simultane Expression dieser Gene analysieren. In Zusammenarbeit mit Wissenschaftern der Biotech-Firma emergentec biodevelopment in Wien analysieren wir die Genexpressionsprofile dann mit Hilfe von systembiologischen Algorithmen.“

Biomarkermoleküle identifiziert

In einem ersten vom FWF geförderten Projekt konnten die Forscher zeigen, dass sich die Genexpression in Tubuluszellen schon in einem sehr frühen Stadium der proteinurischen Nierenerkrankung deutlich verändert, wenn herkömmliche serologische Marker wie Kreatinin noch unauffällige Werte zeigen. „Wir haben praktisch in-vivo gezeigt, dass das nephroprotektive Gen Bone Morphogenetic Protein-7 (BMP-7) in menschlichen Tubuluszellen zu den am stärksten positiv regulierten Genen zählt“, sagt Rudnicki. „Dies legt einen endogenen Schutzmechanismus der Tubuluszellen vor Fibrose und Atrophie nahe.“ In einer weiteren Arbeit wurde die Genexpression von Tubuluszellen mit dem klinischen Verlauf der Patienten verglichen. „Bei Zellen von Patienten mit einer fortschreitenden Verschlechterung der Nierenfunktion zeigte sich zwar eine Aktivierung von Hypoxie-Singaltransduktionswegen, aber überraschenderweise keine Expression des Hypoxie-Targets Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF)“, so der Internist und angehende Nephrologe. Insgesamt korrelierte die Genexpression der zwei Gene HIF1-alpha und VEGF besser mit dem klinischen Verlauf der Erkrankung als herkömmliche Risikofaktoren wie Serum-Kreatinin oder Proteinurie. Schließlich ist es den Wissenschaftern durch den kombinierten Einsatz von Microarrays und Systembiologie auch gelungen verschiedene sekretorische Biomarkermoleküle zu identifizieren, die inzwischen patentiert und in der klinischen Erprobung sind.