Identifizierung von 3-Hydroxyglutarsäure-Transportern und Analyse pathologischer Nierenveränderungen am Mausmodell der Glutarazidurie Typ 1

Abstract

Die Glutarazidurie Typ 1 (GA-1) ist eine primär neurometabolische Erkrankung, bei der es aufgrund eines Defekts der Glutaryl-CoA-Dehydrogenase (GCDH) zum gestörten Abbau spezifischer Aminosäuren und konsekutiv zur ubiquitären Akkumulation cytotoxischer Metabolite, wie 3-Hydroxyglutarsäure (3-OHGA), mit der Gefahr der Induktion einer akuten Enzephalopathie während kataboler Stoffwechsellagen kommt. Da Gcdh-defiziente Mäuse neben neurologischen Auffälligkeiten auch eine Nierenhypertrophie aufweisen, war es das Ziel der vorliegenden Arbeit, renale Veränderungen bei diesen Tieren näher zu charakterisieren. Dabei konnte gezeigt werden, dass:

· der Nierenhypertrophie der Gcdh-defizienten Mäuse fibröse Veränderungen zu Grunde liegen, die unter Fütterung einer Hochproteindiät mit tubulären Atrophien einhergehen. · die Gcdh-defizienten Mäuse unter Gabe von Hochproteindiät deutlich mehr Urin ausscheiden, im Gegensatz zu den Wildtyp-Tieren aber nicht die Trinkmenge dem erhöhten Wasserverlust anpassen. · sich bei den Gcdh-defizienten Mäusen unter Hochproteindiät deutlich verringerte Konzentrationen der Elektrolyte Natrium, Kalium und Chlorid im Urin einstellen; Calcium dagegen vermehrt renal ausgeschieden wird. · die Proteinausscheidung über den Urin bei den Gcdh-defizienten Mäusen, im Vergleich zu den Wildtyp-Tieren, schon basal niedriger ist und unter Gabe von Hochproteindiät noch stärker abnimmt. · bei den Gcdh-defizienten Mäusen auf mRNA-Ebene einige pro-hyperton wirkende Effektoren, wie Vasopressin und Renin, erhöht sind. · in den Nieren der Gcdh-defizienten Mäuse der Organische Kationen Transporter Typ 2 (OCT2) verstärkt exprimiert wird und dass dieser nicht direkt am Transport von 3-OHGA beteiligt ist, aber von 3-OHGA in seiner Transportaktivität gehemmt werden kann. · der Natrium-abhängige Dicarboxylat Transporter Typ 3 (NaDC3) der erste identifizierte und funktionell analysierte Transporter für 3-OHGA ist. Die Arbeit liefert damit zwei Zielproteine, OCT2 und NaDC3, die mögliche Kandidaten für rationale Therapien zur Senkung cytotoxischer Metabolite bei der GA-1 darstellen.

Glutaric aciduria type 1 (GA-1) is a rare neuro-metabolic disease. A defect in Glutaryl-CoA-dehydrogenase (GCDH) leads to a disordered degradation of specific amino acids and consecutively to ubiquitous accumulation of cytotoxic metabolites such as 3-Hydroxyglutaric acid (3-OHGA). Patients are at risk to develop an acute encephalopathy, especially during catabolic metabolic state. As Gcdh-deficient mice show among neurologic disorders also renal hypertrophy, one aim of this work was the further characterization of renal alterations in the mouse model. Some of the findings are presented in the following.

· The renal hypertrophy in Gcdh-deficient mice is caused by fibrotic changes. These are accompanied by tubular atrophy if the mice are fed a high protein diet. · Gcdh-deficient mice under high protein diet are excreting significantly more urine. However, they are not able to adjust the amount of drinking to increased fluid loss, in contrast to wildtype-mice. · Gcdh-deficient mice under a high protein diet exhibit lower urinary concentrations of the electrolytes sodium, potassium, and chloride, whereas the renal excretion of calcium is much higher. · The urinary excretion of protein in Gcdh-deficient mice is, in contrast to wildtype-mice, significantly lower even under basal conditions, and is even further decreased under high protein diet. · On the mRNA-level, some pro-hypertonia effectors, such as vasopressin and renin, are elevated in Gcdh-deficient mice. · Renal expression of the organic cation transporter type 2 (OCT2) is increased in Gcdh-deficient mice. The transporter is functionally not in charge of transporting 3-OHGA, although it is able to inhibit its transport activity. · The sodium-dependent dicarboxylate transporter type 3 (NaDC3) is the first identified and functionally analyzed transporter for 3-OHGA. Therefore, this work delivers two target proteins, OCT2 and NaDC3, as potential candidates for rational therapies aiming to decrease cytotoxic metabolites in GA-1.