Bedeutung von Seneszenzmechanismen für das chronische Transplantatversagen am Beispiel einer temporär ischämischen Niere der p16INK4a transgenen Maus

Abstract

Viele transplantierte Nieren zeigen im Verlauf der Zeit einen Verlust an Nephronen. Dieser Verlust entsteht durch die Entwicklung einer interstitiellen Fibrose und tubulärer Atrophie nach der Transplantation und beeinträchtigt die Nierenfunktion. Allgemein stellen IF/TA eine gemeinsame Endstrecke vieler chronischer Nierenerkrankungen dar. Es ist wahrscheinlich, dass IF/TA eine Zunahme von Zellen widerspiegelt, welche die Fähigkeit zur Replikation und damit zur Regeneration verloren haben. Solche Zellen werden als seneszent bezeichnet. In Vorarbeiten wurde die besondere Bedeutung des Zellzyklus-Inhibitors und Seneszenzmediators p16INK4a für die Entstehung einer chronischen Transplantatnephropathie aufgezeigt. Zudem konnte nachgewiesen werden, dass p16INK4a durch Stressfaktoren im Rahmen der Transplantation wie der I/R induziert wird.Im Rahmen dieser Pilotstudie sollte der I/R-Schaden der Niere als ein Teilaspekt der transplantationsassoziierten Stressfaktoren untersucht werden. Zu diesem Zweck wurde eine temporäre Ischämie induziert.Die Arbeitshypothese war, dass I/R zu einer Induktion von p16INK4a in Wildytp (WT)-Mäusen führt, und dass eine fehlende p16INK4a-Expression protektiv auf die ischämische Niere wirkt. Zu diesem Zweck wurden Nieren von WT-Mäusen und transgenen INK4a-/--Mäusen an den Tagen 3, 7, 14 und 30 nach I/R untersucht.Die Ergebnisse zeigten, dass chronische tubuläre Veränderungen ab Tag 14 nach I/R detektierbar waren. Eine I/R induzierte einen Anstieg der p16INK4a-Expression in WT-Mäusen. Der Wegfall der p16INK4a-Proteinfunktion konnte in den transgenen Mäusen die Entstehung von TA und in erweiterten Experimenten auch IF zumindest teilweise verhindern. In INK4a-/--Mäusen fand sich eine bessere Nierenfunktion, gemessen an einer höheren glomerulären Filtrationsrate. Eine erhöhte Proliferation nach I/R deutet darauf hin, dass die Nieren der INK4a-/-- Mäuse eine bessere replikative und regenerative Kapazität aufweisen. Die Ergebnisse dieser Studie weisen somit auf eine pathogenetische Rolle von p16INK4a bei der Entstehung von IF/TA hin. Die in dieser Arbeit nachgewiesene verbesserte regenerative Kapazität der Niere durch Wegfall des Proteins p16INK4a weist darauf hin, dass p16INK4a ein Zielmolekül für neue Therapieansätze zur Verbesserung des Überlebens nach Nierentransplantationen darstellen kann. Dies ist von besonderem Interesse für Spendernieren von älteren Menschen, auf welche aufgrund der Organknappheit immer häufiger zurückgegriffen wird. Many transplanted kidneys display a loss of nephron number after transplantation. This loss develops through IF/TA after transplantation and impairs renal function. Generally IF/TA are a common result of many chronic kidney diseases. It is likely that IF/TA represent an increase in the number of cells which have lost their ability to replicate and accordingly to regenerate. These cells are called senescent cells . It has been shown that the cell cycle inhibitor and senescence mediator p16INK4a plays a special role for the development of chronic transplant nephropathy. In addition, it has been shown that certain stresses during transplantation, like ischemia-reperfusion (I/R) injury, are able to induce senescence.In this pilot study an I/R injury in the kidney, as part of transplantation associated stresses, was examined. The hypothesis was that I/R leads to an induction of p16INK4a in wildtype (WT) mice and that the loss of p16INK4a-expression has a protective effect for the ischemic kidney. Therefore kidneys of WT mice and INK4a-/- transgenic mice at the days 3, 7, 14 and 30 after I/R were examined. I/R induced an increase of p16INK4a-expression in WT-mice. Chronic tubular changes were detected at day 14 after I/R. INK4a-/- mice displayed less TA and in extended experiments the same was found for IF. Associated with the loss of p16INK4a a higher GFR was detected, reflecting an improvement in renal function. A higher proliferation rate after I/R is an indicator that kidneys of INK4a-/- mice have a better replicative and regenerative capacity.Therefore the results of this study highly suggests the pathogenetic role of p16INK4a for the development of IF/TA. The better regenerative capacity of INK4a-/- kidneys shows that p16INK4a may represent a new target for novel therapeutic development in order to improve the outcome after kidney transplantation. This is an important factor because the number of kidneys available for transplantation is rather low and therefore kidneys from older donors are routinely used nowadays.