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Translationale RNA Forschung bringt neue Erkenntnisse zur verbesserten Diagnostik bei chronischen Nierenerkrankungen

Gibt es Biomarker, die es ermöglichen eine chronische Nierenerkrankung möglichst frühzeitig zu diagnostizieren? An der Medizinischen Universität Innsbruck gehen ForscherInnen aus verschiedenen Bereichen dieser Frage nach. Teams um Alexander Hüttenhofer, Leiter des Instituts für Genomik und RNomik und Gert Mayer, Direktor der Univ.-Klinik für Innere Medizin IV, sind in den letzten Jahren ihrem Ziel viele Schritte nähergekommen.

Mit den in der Covid-Pandemie verabreichten mRNA-Impfstoffen ist die Ribonukleinsäure RNA sehr bekannt geworden, obwohl die sogenannte Messenger-RNA (mRNA) nur ein kleiner Teil der Gesamt-RNA in humanen Zellen ausmacht. Schon seit langem gilt die RNA allerdings als Hoffnungsträger in der medizinischen Forschung, regelt und steuert doch die sogenannte „kleine Schwester“ der DNA sehr viele Prozesse in einer Zelle. Auch Forschungsergebnisse der Medizinischen Universität Innsbruck zeigen die klinische Relevanz einer translationalen RNA-Forschung. Die Innsbrucker WissenschafterInnen beschäftigen sich seit vielen Jahren mit der Verbesserung der Diagnostik und Therapie bei chronischer Nierenerkrankung. Teams um Alexander Hüttenhofer und Gert Mayer arbeiten hier zusammen, um es zu ermöglichen, dass eine chronische Nierenerkrankung möglichst frühzeitig und minimal invasiv diagnostiziert werden kann.* Im letzten Jahr konnten neue Erkenntnisse dazu veröffentlicht werden, der Ansatz wird aktuell in weiteren wissenschaftlichen Arbeiten erforscht.

Bei einer chronischen Nierenerkrankung, einer häufigen Komplikation beispielsweise bei Diabetes, schreitet die Abnahme der Nierenfunktion über Monate bis Jahre langsam fort. Die Fähigkeit der Niere, Stoffwechselabbauprodukte aus dem Blut zu filtern, lässt schrittweise nach. Je früher hierbei therapeutisch eingeschritten werden kann, desto eher lässt sich eine unvermeidliche Nierentransplantation oder Dialysetherapie bei Fortschreiten der Erkrankung verhindern oder deren Eintritt verzögern. Ein Ziel der Innsbrucker Forschungsarbeiten ist es, durch die Identifizierung von Biomarkern eine sogenannte „Liquid Biopsie“ zu ermöglichen. Durch den Nachweis der Biomarker im Urin, sollen Erkenntnisse über das Fortschreiten und den Grad und eventuell sogar die Ursache der Nierenerkrankung möglich werden.

Bestandteile der RNA als potentielle Biomarker
Bereits 2017 haben Gert Mayer und Alexander Hüttenhofer eine erste Forschungsarbeit publiziert, in der bestimmte RNA Moleküle als potentielle Biomarker im Urin von PatientInnen identifiziert wurden.* Zum Einsatz kam dabei später auch ein Zellkulturmodell, das es ermöglicht, eine Nierenerkrankung im Labor gleichsam zu simulieren. Die ForscherInnen sind dabei der Frage nachgegangen, welche spezifischen RNA-Moleküle bei einer Erkrankung der Nieren dereguliert sind, also ob diese mehr oder weniger vorkommen. Fokussiert haben sich die WissenschafterInnen dabei auf den RNA-Gehalt sogenannter Exosomen, also Membranvesikel die RNA enthalten, und die auch im Urin oder Serum vorkommen können. Hüttenhofer und Mayer konnten mit ihren Teams dabei zeigen, dass die von ihnen identifizierten exosomalen RNA Biomarker im Urin von PatientInnen mit dem Zellkulturmodel übereinstimmen.*

In einer weiteren Forschungsarbeit haben die WissenschafterInnen, zu den auch die Erstautorin Glory Ranches gehört, die sollgenannte SELEX Methode eingesetzt. * Der Name steht für die „Systematische Evolution von Liganden durch exponentielle Anreicherung“. Mit dieser molekularbiologischen Methode ist es möglich Nukleinsäure-Antikörper, das heißt sogenannte „Aptamere“ herzustellen. Diese DNA- oder RNA-Oligonukleotide können sich daher ähnlich wie Protein-Antikörper an Zielmoleküle binden. Die Innsbrucker WissenschafterInnen haben dabei DNA-Aptamere identifiziert, die spezifisch an Oberflächenrezeptoren von kranken Nierenzellen binden können und dabei auch internalisiert werden.*

Auch das ist eine Möglichkeit, die Diagnostik für eine chronische Nierenerkrankung zu verbessern, wie Alexander Hüttenhofer erklärt, der gemeinsam mit Gert Mayer korrespondierender Autor der verschiedenen, hochrangig publizierten Paper* zu dieser Forschungsarbeit ist. „Diese DNA Aptamere binden dabei präferentiell an kranke Nierenzellen, sind also bei Gesunden nach der Administration schneller wieder im Urin nachweisbar als bei erkrankten PatientInnen.“ Die Verwendung von DNA-Antikörpern könnte somit ein Monitoring der Erkrankung über Urinproben ermöglichen als auch spezifisch bestimmte Therapeutika an erkrankte Nierenzellen bringen. Dieses Tool könnte beispielsweise auch bei PatientInnen nach einer Nierentransplantation zum Einsatz kommen. „Unsere Vision ist, dass auf Basis dieser Erkenntnisse ein Test entwickelt wird, den die Betroffenen zu Hause machen können und der frühzeitig anzeigt, wenn es erneut zu einer Erkrankung der Niere kommt.“*

*Alle Links zu den wissenschaftlichen Arbeiten:

2016: CLINICAL KIDNEY JOURNAL: “Circulating miRNAs as biomarkers of kidney disease” 

2017: RNA J.: „Identification of urinary exosomal noncoding RNAs as novel biomarkers in chronic kidney disease“ 

2017: MOL THERAPY: “In Vitro Selection of Cell-Internalizing DNA Aptamers in a Model System of Inflammatory Kidney Disease.”

2022: MOL THERAPY: “Exosomal mitochondrial tRNAs and miRNAs as potential predictors of inflammation in renal proximal tubular epithelial cells” 

Weitere Informationen:

MyPoint Beitrag 2017: Neue Biomarker-Methode zur Früherkennung der chronischen Nierenerkrankung

Institut für Genomics und RNomics 

Univ.-Klinik für Innere Medizin IV

(HOF, 04.08.2023, Bild: Symbolfoto: AdobeStock)