Mesangialzellen spielen eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung von Glomeruli und bilden zusammen mit Podozyten und Endothelzellen eine funktionelle Filtrationseinheit. In dieser Ausgabe von JASN, zwei Papiere1,2 identifizieren Transkriptionsfaktoren, die für die Mesangialzellfunktion und folglich notwendig sind, glomeruläre Büschelentwicklung.
Die Glomerulogenese beginnt zu Beginn der Nephrogenese. Nephron-Vorläuferzellen werden schrittweise rekrutiert, um eine Epithelstruktur zu erzeugen, die als Nierenbläschen bezeichnet wird. Jüngste Daten deuten darauf hin, dass der Zeitpunkt und die Position der Zellrekrutierung kritisch sind: Vorläuferzellen, die zuletzt und proximal zum Nierenbläschen rekrutiert werden, sind dazu bestimmt, Podozyten- und Parietalepithelvorläufer zu werden.3 Wenn diese Struktur zu einem s-förmigen Tubulus heranreift, werden die Podozyten- und Parietalepithelvorläufer zu ihrem proximalen Schwanz (Abbildung 1). Endotheliale „Spitzenzell“ -Vorläufer wandern aus dem umgebenden Kapillarplexus in die proximale Spalte des Schwanzes (ein Prozess, der als Keimangiogenese bezeichnet wird), um das erste glomeruläre Kapillarrohr zu bilden. FoxD1 + mesangiale Vorläufer wandern ebenfalls in die Spalte. Es ist allgemein anerkannt, dass VEGFA, das von Podozytenvorläufern sezerniert wird, Endothelvorläufer rekrutiert, die PDGFB sezernieren, um Mesangialvorläufer zu rekrutieren (überprüft in Ref. 4). Wenn sich der proximale s-förmige Tubulus erweitert, tut dies auch das Kapillarrohr und wird letztendlich zu einem komplizierten Kapillarbüschel.
Mesangialzellen waren aus mehreren Gründen notorisch schwer zu untersuchen. Die histologischen Parameter zur Beurteilung von Mesangialdefekten sind nicht leicht quantifizierbar, und es fehlen funktionelle Assays. Isolierte Mesangialzellen dedifferenzieren sich schnell in Kultur, und verfügbare immortalisierte Mesangialzelllinien sind ebenfalls undifferenziert. Darüber hinaus und vielleicht am wichtigsten ist, gibt es einen Mangel an In–vivo–Tools, wie mesangialzellspezifische Cre-Linien in Mäusen, die Zelltyp-spezifische Modifikation / Beobachtung in vivo ermöglichen. Obwohl Einzelzell-RNAseq-Experimente in der sich entwickelnden und reifen Niere durchgeführt wurden, Gene, die eindeutig in Mesangialzellen exprimiert werden und für eine Cre- oder fluoreszierende Reporterlinie geeignet sein könnten, wurden noch nicht beschrieben. Versuche, die Genfunktion in Mesangialzellen zu untersuchen, verwenden häufig die FoxD1-cre-Mauslinie. FoxD1 + -Zellen bilden eine Population von Vorläuferzellen, aus denen Nierenstroma, Perizyten, glatte Gefäßmuskelzellen und Mesangialzellen entstehen. Typischerweise sind die Gene, die bedingt deletiert werden, in allen oder einigen der FoxD1 + –Vorläuferzellen und ihren Derivaten vorhanden, was ein Problem darstellt, wenn versucht wird, zelltypspezifische Rollen zuzuweisen. Insbesondere kortikale Stromazellen tragen maßgeblich zur Förderung der Nephrondifferenzierung bei,7 und Perizyten sind für die mikrovaskuläre Integrität erforderlich.8,9 Daher kann die Deletion eines Gens aus FoxD1 + -Zellen möglicherweise zu einer verringerten Nephronzahl, Nephronröhrenanomalien, Gefäßblutungen und / oder peritubulärer Kapillarverdünnung führen, die sekundär zu Defekten in Glomeruli und Mesangium führen können. Beispielsweise führt eine signifikante Verringerung der Nephronzahl und der Nierenmasse zu einer Hyperfiltration der verbleibenden Glomeruli, was letztendlich zu Glomerulosklerose führen kann. Darüber hinaus wird FoxD1 in einigen Podozyten bereits in späten Stadien der Glomerulogenese exprimiert, was die Dateninterpretation weiter erschwert.10,11 Trotz dieser Mängel können Studien zur Genfunktion unter Verwendung der FoxD1-cre (oder einer anderen Stroma-Cre-Linie) bei sorgfältiger Ausführung interessante Facetten der Mesangialzellfunktion aufdecken.
In der Arbeit von Grigorieva et al.,1 die Autoren untersuchen die Rolle von GATA3, einem Transkriptionsfaktor, der von der Ureterknospe und FoxD1 + -Stromazellvorläufern während der Entwicklung und ihren Derivaten im Erwachsenenalter exprimiert wird. Es ist bekannt, dass homozygoter GATA3-Verlust bei Mäusen eine Nierenagenese verursacht.12 Dieser Defekt, der seiner Rolle in der Ureterknospe zugeschrieben wurde, schließt die Untersuchung von GATA3 in späteren Entwicklungsschritten und in zusätzlichen Zelltypen aus. In dieser Studie finden die Autoren, dass haploinsufficiency von GATA3 in den Mäusen zu kleine Glomeruli führt, ein Defekt, den sie finden, ist wegen des verringerten Eindringens und der Proliferation von mesangial Zellen in sich entwickelnde Glomeruli. Die Glomeruli weisen folglich eine verringerte Anzahl von Kapillarschleifen auf. Interessanterweise bleibt die Anzahl der Mesangialzellen in adulten Glomeruli reduziert. Eine frühere Studie hat gezeigt, dass Mesangialzellverletzung und -verlust bei Erwachsenen durch Repopulation durch Zellen, die aus dem juxtaglomerulären Apparat rekrutiert wurden, korrigiert werden können13 was bei diesen Mutanten anscheinend nicht vorkommt. Daher muss die Funktion von GATA3 bei mesangialem Eindringen und / oder Proliferation bis ins Erwachsenenalter und / oder in den vom juxtaglomerulären Apparat abgeleiteten Vorläuferzellen bestehen bleiben. Alternativ kann es einen kritischen Zeitraum für das Eindringen von Mesangialen und ihre Fähigkeit geben, eine normale Kapillarschleife zu fördern.
Ein weiterer bedeutender Befund von Grigorieva et al.1 ist, dass GATA3 ein robuster Marker für gesunde und erkrankte Mesangialkerne sowohl in Maus- als auch in menschlichen Glomeruli ist. Diese nukleare Lokalisierung ermöglicht eine einfache Quantifizierung der Mesangialzellzahl, wodurch Probleme der Zellsegmentierung vermieden werden, die die Bemühungen um zytoplasmatische und Membranmarker beeinträchtigen. Genaue Mesangialzellquantifizierung hat großes Potenzial in den klinischen Anwendungen, weil sie verwendet werden könnte, um Entwicklungsdefekte sowie erworbene Nierenerkrankungen mit erhöhten Mesangialzellen oder mesangial Expansion besser abzuschätzen. Ein letzter interessanter Befund ist, dass die GATA3-Expression in der Mehrzahl der proliferierenden Mesangialzellen in experimentellen mesangialen proliferativen GN- und Patientenbiopsien der IgA-Nephropathie erhöht ist. Zukünftige Experimente zur Aufdeckung der Rolle von GATA3 bei der Proliferation oder Reaktion auf Verletzungen werden von großem Interesse sein.
In der Arbeit von Nelson et al.,2 die Autoren untersuchten den Transkriptionsfaktor EBF1 in der glomerulären Entwicklung. Ihre früheren Studien hatten gezeigt, dass EBF1-Knockout-Mäuse kleine Nieren mit Glomerulosklerose und reduzierter Kapillarkomplexität haben.14 Da EBF1 in FoxD1 + -Vorläuferzellen, Mesangialzellen und Podozyten produziert wird, erzeugten sie Mäuse mit bedingter Deletion von EBF1 unter Verwendung von FoxD1-cre und Podocin-cre. Nur die Deletion mit dem FoxD1-cre führt zu Mäusen mit kleinen Nieren und reduzierter Filtration. Diese Mutanten haben ein ausgedehntes Interstitium und kleine sklerotische Glomeruli mit weniger Kapillarschleifen, letztere im Einklang mit einer Rolle für EBF1 in Mesangialzellen. Die Untersuchung des zugrunde liegenden Mechanismus mit Mesangialzellen, die aus mutierten Mäusen isoliert wurden, ergab, dass Prostenoide und die COX2-Expression über einen indirekten Mechanismus reduziert werden. Darüber hinaus fanden sie heraus, dass die induzierbare Expression von COX2 den Phänotyp der EBF1-Mutanten teilweise rettete, wodurch die Größe der Glomeruli erhöht wurde. Zusätzliche mechanistische und funktionelle Studien sind erforderlich, um diesen interessanten Befund zu verstehen und die Rolle von Prostenoiden und COX2 bei der glomerulären Entwicklung zu untersuchen.
In beiden Studien führt der Defekt der Mesangialzellen zu einer gestörten Entwicklung des Kapillarbüschels. Wie Mesangialzellen wirklich die Bildung und Schleife von Kapillarplexus induzieren, bleibt eine herausragende Frage auf diesem Gebiet. Darüber hinaus sind die chemotaktischen und adhäsiven Wechselwirkungen, die diese Prozesse antreiben könnten, unklar. Vermutlich könnten Mesangialzellvorsprünge an der glomerulären Basalmembran verankern. Tatsächlich haben Mäuse mit Mutationen in der Laminin-Untereinheit α5 unter anderem das glomeruläre Kapillarschleifen reduziert, was darauf hindeutet, dass Laminin die Adhäsion von Mesangialzellen vermittelt.15 Zusätzlich gibt es nach den anfänglichen Plexusformen wahrscheinlich nachfolgende Schritte, um das weitgehend geschlungene Kapillarbüschel zu erzeugen, das eine umfassende Umgestaltung der Mesangial-GBM- und Mesangial-endothelialen Wechselwirkungen beinhalten kann. Zukünftige Studien, die die dreidimensionale Struktur der glomerulären Schleifenentwicklung und der mesangialen Arborisierung sowie die molekularen Hinweise, die diese Prozesse antreiben, charakterisieren, werden wahrscheinlich neue Aspekte glomerulärer Entwicklungsstörungen aufzeigen.
