Universität zu Köln

Binz-Lotter, Julia ORCID: 0000-0003-4678-0703 (2019). Calcium signaling in glomerular cells in health and disease. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Intracellular calcium levels are tightly regulated and control many biological functions through direct interactions with proteins or indirectly by modifying calcium-binding proteins. In the glomerulus, the filtration unit of the kidney, podocytes form a crucial part of the filtration barrier and podocyte injury is strongly associated with loss of kidney function. Patient mutations in the podocyte calcium channel TRPC6 demonstrated that both loss-of-function or gain-of-function mutations can induce kidney disease indicating that a regulated calcium homeostasis is needed to prevent podocyte damage. The at hand thesis aimed to understand calcium dynamics in healthy and injured podocytes in vivo. Previous studies in mice have demonstrated that activity of the Angiotensin II (AngII) receptors, predominately AngII type 1 receptor (AT1R), is associated with podocyte injury and increased intracellular calcium levels. Using intravital microscopy of the kidney we can show that podocytes maintain a low intracellular calcium level at baseline while stimulation with AngII results in calcium transients in a minor fraction of podocytes and glomeruli. Next, we caused podocyte injury by either inducing Adriamycin nephropathy or deleting the slit diaphragm component podocin resulting in proteinuria and FSGS-lesions in the kidney. Strikingly, AngII treatment of mice with preexisting glomerular disease resulted in increased responsiveness to AngII with a significant higher percentage of glomeruli and podocytes showing a calcium transient. Furthermore, we wanted to investigate the role of ATP-mediated calcium signals in different cell types of the nephron. Therefore, we generated mouse lines expressing the calcium indicator GCaMP3 specifically in endothelial cells, proximal tubular cells or podocytes. We can demonstrate that endothelial cells and proximal tubular cells display a strong calcium response to ATP in vivo, while this is absent in podocytes at the same dose. This is in line with our ex vivo data obtained from isolated glomeruli. Here, podocytes show a response to ATP only at higher doses. In summary, our in vivo data challenge the current concepts of receptor mediated calcium signaling in healthy podocytes while revealing a more pronounced role of calcium signaling in podocyte's pathophysiology.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language Kalziumsignalwege in glomerulären Zellen in Gesundheit und Krankheit German
Translated abstract:	Abstract Language Die intrazelluläre Kalziumkonzentration wird streng reguliert und kontrolliert viele biologische Funktionen durch direkte Wechselwirkungen mit Proteinen oder indirekt durch die Modifikation von Kalzium-bindenden Proteinen. Im Glomerulus, der Filtrationseinheit der Niere, bilden Podozyten einen entscheidenden Teil der Filtrationsbarriere und Podozytenverletzungen resultieren in einem Verlust der Nierenfunktion. Patientenmutationen im Podozytenkalziumkanal TRPC6 zeigen, dass sowohl eine "Gain-of-function" als auch eine "Loss-of-function" Mutation des Kalziumkanals eine Nierenerkrankung auslösen kann. Dies weist darauf hin, dass eine regulierte Kalziumhomöostase erforderlich ist, um eine Schädigung der Podozyten zu verhindern. Der Schwerpunkt dieser Arbeit lag auf der Untersuchung der Kalziumdynamik in gesunden und kranken Podozyten in vivo. Frühere Studien an Mäusen haben gezeigt, dass die Aktivität der Angiotensin-II (AngII) Rezeptoren, vorwiegend des AngII-Typ-1-Rezeptors (AT1R), mit einer Podozytenverletzung und einer Erhöhung des intrazellulären Kalziumspiegels verbunden ist. Mithilfe der intravitalen Nierenmikroskopie können wir zeigen, dass Podozyten basal einen niedrigen intrazellulären Kalziumspiegel beibehalten, während die Stimulation mit AngII nur zu Kalziumtransienten in einem geringen Teil von Podozyten und Glomeruli führt. Als nächstes verursachten wir eine Schädigung der Podozyten, indem wir entweder eine Adriamycin-Nephropathie induzierten oder die Schlitzmembrankomponente Podocin deletierten. Bemerkenswerterweise führte die Stimulation mit AngII bei Mäusen mit vorbestehender glomerulärer Erkrankung zu einer erhöhten Kalziumantwort, wobei ein signifikant höherer Prozentsatz an Glomeruli und Podozyten einen Kalziumtransienten aufwies. Zudem wollten wir die Rolle von ATP-vermittelten Kalziumsignalen in verschiedenen Zelltypen des Nephrons untersuchen. Hierzu haben wir verschiedene Mauslinien generiert, welche den Kalziumindikator GCaMP3 spezifisch in Endothelzellen, proximalen Tubuluszellen oder Podozyten exprimieren. Wir können in vivo zeigen, dass Endothelzellen und proximale tubuläre Zellen eine starke Kalziumantwort auf ATP zeigen, während diese in Podozyten bei gleicher Dosis ausbleibt. Dies steht im Einklang mit unseren ex vivo Daten, welche mit isolierten Glomeruli generiert wurden. Hier zeigen Podozyten nur bei hohen Dosen eine Reaktion auf ATP. Zusammenfassend stellen unsere in vivo Daten die gegenwärtigen Konzepte der Rezeptor-vermittelten Kalziumsignalübertragung in gesunden Podozyten in Frage, während sie eine bedeutendere Rolle der Kalziumsignalübertragung in der Pathophysiologie von Podozyten aufdecken. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Binz-Lotter, Julia julia.binz@googlemail.com orcid.org/0000-0003-4678-0703 UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-106001
Date:	2019
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	CECAD - Cluster of Excellence Cellular Stress Responses in Aging-Associated Diseases
Subjects:	Natural sciences and mathematics
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Kidney disease English Calcium Signaling English Angiotensin II English
Date of oral exam:	23 September 2019
Referee:	Name Academic Title Benzing, Thomas Prof. Dr. Kloppenburg, Peter Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/10600