Effect of DNA damage caused by nephrotoxins and oxidative stress on differentiation and dedifferentiation processes in kidney cells

Zusammenfassung:

Hintergrund: Als Ausscheidungsorgan ist die Niere hohen Konzentrationen potenziell toxischer Substanzen ausgesetzt, die DNA-Schäden und Zelltod verursachen. Ein daraus resultierender Verlust der Nierenfunktion kann aufgrund längerer Expositionszeiten gegenüber Xenobiotika und schädlichen Metaboliten auch Auswirkungen auf andere Organe haben. Abgestorbene Nierentubuluszellen können entweder durch Zellen ersetzt werden, die von multipotenten Nierenvorläuferzellen stammen, oder durch Tubuluszellen, die nach Durchlaufen der epithelial-mesenchymalen Transition (EMT) ihre Fähigkeit zur Proliferation wiedererlangen. Nephrotoxine und oxidativer Stress, der zu DNA-Läsionen führt, beeinträchtigen möglicherweise diese Prozesse und damit die Regeneration zerstörter Zellen.

Ziel: Die Auswirkungen solcher störenden Effekte auf (1) humane induzierte pluripotente Stammzellen (hiPSC), die sich in proximale tubuläre Nierenzellen differenzieren, und auf (2) dedifferenzierende primäre humane proximale tubuläre Nierenzellen sollen untersucht werden. Die sich daraus ergebenden Veränderungen in der Aktivität und Wirksamkeit der antioxidativen Abwehr und des DNA-Reparatursystems werden im Mittelpunkt des Projekts stehen.

Experimenteller Ablauf / Arbeitsprogramm: Die Zellen werden während ihres Differenzierungsprozesses zu proximalen tubulären Zellen mit den Modellsubstanzen Cisplatin, einem genotoxischen Nephrotoxin, Cyclosporin A, einem nicht genotoxischen Nephrotoxin, und Wasserstoffperoxid, einem Oxidationsmittel, behandelt. Ionisierende Strahlung wird als Kontrolle verwendet. Zusätzlich wird die Wirkung der gleichen Substanzen auf den Prozess der epithelial-mesenchymalen Transition (EMT) von menschlichen immortalisierten Nierentubuluszellen untersucht. Als Endpunkte werden die Expression von Stammzell- und Nierenzellmarkern während der Differenzierung, DNA-Reparaturwege und DNA-Schadenssignalisierung, die antioxidative Kapazität, mitochondriale Integrität sowie funktionelle Parameter der differenzierten Zellen analysiert. Bei den immortalisierten Zellen wird die Induktion von EMT überwacht. Zu den Methoden gehören qPCR, Western Blot, Immunozytochemie, Microarrays, DNA-Schädigungstests und die Quantifizierung von oxidativem Stress.

Aktuelle Veröffentlichungen:

1. D Rangaswamy and K Sud (2018). Nephrology (Carlton) 23, 969-980.
2. H Castrop (2019). Nephron 141, 265-272.
3. F Ren, K Wang, T Zhang, J Jiang, EC Nice and C Huang (2015). Biochim Biophys Acta 1850, 1518-26.
4. CR Rocha, LK Lerner, OK Okamoto, MC Marchetto and CF Menck (2013). Mutat Res 752, 25-35.
5. RJ Tan, D Zhou and Y Liu (2016). Kidney Dis (Basel) 2, 136-144.