Die Rolle der zellulären Calcium-Homöostase im Rahmen Cyclophosphamid- und Ifosfamid-induzierter Nierenschäden: Untersuchungen an humanen proximalen Tubuluszellen in Primärkultur
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Cyclophosphamid und Ifosfamid sind alkylierende Substanzen, die in der Therapie von malignen Erkrankungen aufgrund ihrer Wirksamkeit einen hohen Stellenwert haben. Gerade im Bereich der pädiatrischen Onkologie kann durch ihren Einsatz eine hohe Heilungsrate erreicht werden. Allerdings tritt insbesondere nach Ifosfamid-Therapie eine Beeinträchtigung der Nierenfunktion auf, die mitunter erst lange Zeit nach der Behandlung manifest wird. Der Grad der Nierenschädigung reicht von einer milden renal-tubulären Azidose bis zum Vollbild eines DeToni-Debre-Fanconi-Syndroms. Der Metabolit Chloracetaldehyd (CAA), der im Stoffwechsel von Ifosfamid in wesentlich größerer Menge anfällt als nach Gabe von Cyclophosphamid, wird als Hauptursache für Nierenzellschäden nach Ifosfamid angesehen. Im Rahmen des Projekts wurde zunächst der Einfluß von Ifosfamid, Cyclophosphamid, Chloracetaldehyd und Acrolein auf intrazelluläre Calciumsignale am Modell primärer humaner proximaler Tubuluszellen (hRPTEC) untersucht. Hier zeigte sich CAA als die potenteste Substanz. Im weiteren Verlauf des Projekts wurden die toxodynamischen und toxokinetischen Eigenschaften im Zellkultur-Setting charakterisiert und andererseits die möglichen Auswirkungen der fehlregulierten Signalhomöostase untersucht. Angewandt wurden biochemische (Enzym-Assays) molekularbiologische (Reportergen-Assay, PCR, RT-PCR, Western Blot, ELISA, cDNA-MicroArray) und ferner Methoden zur Quantifizierung von CAA (HPLC). Hierbei ergaben sich folgende neue Aspekte: 1) CAA hemmt den Na+/Ca2+-Austauscher in hRPTEC über eine Modulation des cAMP/PKA-Signalweges. 2) CAA ist ein potentes Sulfhdrylreagens, das anders als Acrolein langsam mit SH-Gruppen reagiert und zu einer intrazellulären Thioldepletion führt. 3) CAA ist in der Lage über seine SH-Reaktivität Enzme mit kritischen SH-Gruppen (untersucht wurden Caspasen und Cathepsine) direkt zu inaktivieren und somit im Falle der Caspasen einen primär apoptotischen Zelltod in eine Nekrose umzuleiten sowie durch Hemmung von Cathepsinen eine zelluläre Proteinüberladung zu erzeugen. 4) CAA beeinflußt die Homöostase von extrazellulären Matrixproteinen und wirkt profibrotisch. 5) Dieser Effekt von CAA scheint ebenfalls über Calciumsowie cAMP/PKA-Signale vermittelt zu sein und wird durch Proteinüberladung verstärkt. 6) Eine Beeinflussung der SH-Reaktivität von CAA mittels extrazellulärer Azidifikation verringert die vermehrte extrazelluläre Kollagen-Ablagerung.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Chloroacetaldehyde disturbs Ca2+-homeostasis in human renal proximal Tubule cell in primary culture by inhibition of Na+/Ca2+-Exchange. 84. Jahrestagung der deutschen Physiologischen Gesellschaft, 06. -09. März 2005 in Göttingen
Benesic A, Mildenberger S, Freudinger R, Gekle M
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Chloroacetaldehyde interferes with Ca2+- and cAMP regulated gene-expression: implications for chronic ifosfamide-nephropathy. Kongreß für Nephrologie, 17-20.09.2005 in Saarbrücken
Benesic A, Schwerdt G, Mildenberger S, Freudinger R, Gekle M
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Der durch Chloracetaldehyd induzierte Zelltod wird durch Mesna oder Glutathion verhindert. Kongreß für Nephrologie, 17-20.09.2005 in Saarbrücken
Schwerdt G, Benesic A, Kirchhoff A, Freudinger R, Wollny B, Gordjani N, Gekle M
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Disturbed Ca2+- signaling by chloroacetaldehyde: A possible cause for chronic ifosfamide nephropathy. Kidney Int., Vol 68 (2005), pp.2029-2041
Benesic A, Schwerdt G, Mildenberger S, Freudinger R, Gordjani N, Gekle M
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Chloroacetaldehyde as a sulfhydryl reagent: the role of critical thiol groups in ifosfamide nephropathy. Kidney Blood Press Res. 2006;29(5):280-93. Epub 2006 Oct 11
Benesic A, Schwerdt G, Freudinger R, Mildenberger S, Groezinger F, Wollny B, Kirchhoff A, Gekle M
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Chloroacetaldehyde- and acrolein-induced death of human proximal tubule cells. Pediatr Nephrol. Vol 21(1), Jan 2006, pp. 60-67
Schwerdt G, Gordjani N, Benesic A, Freudinger R, Wollny B, Kirchhoff A, Gekle M
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Inhibition of cysteine proteases by chloroacetaldehyde induces necrosis and protein overload in human proximal tubule cells in primary culture. 85. Jahrestagung der deutschen Physiologischen Gesellschaft, 26. -29. März 2006 in München
Benesic A, Schwerdt G, Mildenberger S, Freudinger R, Holzinger H, Schlosser C, Grözinger F, Gekle M
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Mesna or cysteine prevents chloroacetaldehyde-induced cell death of human proximal tubule cells. Pediatr Nephrol. 2007 Jun;22(6):798-803. Epub 2007 Feb 2
Schwerdt G, Kirchhoff A, Freudinger R, Wollny B, Benesic A, Gekle M
