Bedeutung der zellulären Ionen- und pH-Homöostase für die langfristige Regulation der Aldosteronsekretion in der Nebenniere und für die Pathophysiologie des primären Hyperaldosteronismus
Endokrinologie, Diabetologie, Metabolismus
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Hormon Aldosteron spielt über die Beeinflussung des Salz- und Wasserhaushalts eine wesentliche Rolle für die langfristige Blutdruckregulation. Entsprechend findet man bei ca. 10% der Patienten mit Bluthochdruck als Ursache der Erkrankung eine inadäquat hohe Aldosteronproduktion in Form eines primären Hyperaldosteronismus (PHA). Die wichtigsten Stimuli für die Aldosteronsynthese in den Glomerulosazellen der Nebennierenrinde sind das Peptidhormon Angiotensin II (Ang II), welches in Situationen eines Salz- und Wassermangels vermehrt gebildet wird, sowie ein Anstieg der Plasma-Kalium-Konzentration. Sowohl Ang II als auch die Zunahme von Plasma-K+ führen zu einer Depolarisation der Zellmembran und einem Anstieg der zytosolischen Ca2+-Aktivität. Dies bedingt die verstärkte Expression und Aktivität von an der Aldosteronsynthese beteiligten Faktoren und Enzymen. Beim PHA findet eine von Ang II und Plasma-K+ unabhängige (autonome) Aldosteronproduktion statt. Als molekulare Ursache des PHA konnten Mutationen in verschiedenen Genen identifiziert werden, welche an der Aufrechterhaltung des Membranpotentials und der Regulation der Ca2+- Aktivität beteiligt sind. Neben einer Depolarisation und einer Ca2+-Erhöhung führt ein Teil der Mutanten im adrenalen Zellmodel zu einer Ansäuerung des intrazellulären pH-Werts. Auf der anderen Seite bewirkt die Stimulation mit Ang II oder erhöhtem extrazellulären K+ bei nicht mutierten Glomerulosazellen ebenfalls charakteristische Veränderungen des intrazellulären pH-Werts. Außerdem verstärkt eine extrazelluläre Ansäuerung die physiologische Ang II-stimulierte Aldosteronproduktion. Wir haben daher spekuliert, dass der intrazelluläre pH-Wert, neben dem bekannten Ca2+-Signal, einen Einfluss auf die autonome Aldosteronproduktion beim PHA hat und auch in gesunden Nebennierenzellen die Regulation der Aldosterosynthese beeinflusst. Dazu haben wir untersucht wie sich eine gezielte intrazelluläre Protonenbeladung mit Natriumacetat/Essigsäure (NaAc) bei adrenalen NCI-H295R Zellen auf die durch hoch-K+ und Ang II stimulierte Aldosteronproduktion, die Expression der beteiligten Faktoren und Enzyme, sowie auf die zugrunde liegenden Signalwege auswirkt. Dabei kamen wir zu folgenden Ergebnissen: 1) Die NaAc-Behandlung verursacht kurzfristig eine zusätzliche intrazelluläre Ansäuerung, eine chronische Behandlung wird von den Zellen kompensiert. 2) Dennoch verstärkt die Protonenbeladung mittels NaAc die Ang II-stimulierte Aldosteronproduktion deutlich, die K+-induzierte nur leicht. 3) Gleichzeitig induziert NaAc ein spezifisches Genexpressionsmuster mit einer deutlichen Zunahme der CYP11B2 mRNA (Aldosteronsynthase) bei Ang II und hoch-K+, während unter Ang II zusätzlich CYP21A1 und HSD3B2 induziert werden. 4) NaAc hat keinen Einfluss auf die K+ und Ang II-induzierten Änderungen der zytosolischen Ca2+-Aktivität. 5) Inhibitoren des Ca2+-Signaling haben nur einen geringen Einfluss auf die NaAc-verstärkte Ang II-abhängige Aldosteronproduktion, hemmen aber die NaAc-Effekte unter K+- Stimulation vollständig. 6) Die Ang II-spezifische Zunahme der Aldosteronproduktion und der CYP21A2- Expression unter NaAc wird durch Inhibition der Proteinkinase D (PKD) aufgehoben, während die Verstärkung der CYP11B2 erhalten bleibt. Demnach spielt CYP21A2 eine wichtige Rolle für die Regulation des Aldosterons unter chronischer Ang II-Stimulation und für die NaAc-Wirkung. An der Weiterleitung der pH-induzierten Signale ist die PKD beteiligt, während Ca2+-abhängige Signale eine untergeordnete Rolle zu spielen scheinen. Damit könnte die PKD ein potentielles Zielmolekül für die Behandlung der autonomen Aldosteronproduktion darstellen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Cellular Pathophysiology of Mutant Voltage-Dependent Ca2+ Channel CACNA1H in Primary Aldosteronism. Endocrinology, 161(10).
Gürtler, Florian; Jordan, Katrin; Tegtmeier, Ines; Herold, Janina; Stindl, Julia; Warth, Richard & Bandulik, Sascha
