In dieser Arbeit wurden 8 und 16 Wochen alte, hypertensive "fawn-hooded" Ratten (FHH8, FHH16) mit genetisch ähnlichen 16 Wochen alten "fawn-hooded" Ratten mit nur geringgradiger Blutdruckerhöhung (FHL16, Kontrollgruppe) hinsichtlich der pathologisch-anatomischen Veränderungen der Nierenmorphologie und hinsichtlich der Expression von NO-Synthase-1 (NOS1), Cyclooxygenase-2 (COX-2) und Renin am juxtaglomerulären Apparat (JGA) verglichen. Die histopathologischen Veränderungen bei FHH16 umfassten die klassischen Schädigungszeichen der fokal segmentalen Glomerulosklerose (FSGS) mit fokaler Überexpression von Kollagen IV und eine moderate Arteriolopathie. Bei FHH8 ließen sich, wie bei FHL16 keine morphologischen Schädigungen nachweisen. Die NOS1-Aktivität an der Macula densa, untersucht mittels der NADPH-Diaphorasereaktion und die NOS1 mRNA Expression waren bei FHH8 (+153 and +88%; P < 0.05) und FHH16 (+93 and +98%; P < 0.05) im Vergleich zu FHL16 signifikant erhöht. Eine gleichgerichtete signifikante Erhöhung zeigte sich für die COX-2-Expression an der Macula densa von FHH8 (+166%; P < 0.05) und FHH16 (+157%; P < 0.05) im Vergleich zu FHL16. Des weiteren ließ sich eine signifikante, ebenfalls gleichgerichtete Überexpression von Renin in der afferenten Arteriole auf Protein- und mRNA-Ebene bei FHH8 (+51 and +166%; P < 0.05) und FHH16 (+105 and +136%; P < 0.05) im Vergleich zu FHL16 nachweisen. Somit konnte gezeigt werden, dass die gleichgerichtete Überexpression von NOS1, COX-2 und Renin am JGA bei der FHH-Ratte der Entwicklung einer fokal segmentalen Glomerulosklerose vorausgeht und damit möglicherweise pathogenetische Bedeutung für die Entstehung der Nierenschädigung bei diesem Rattenstamm hat. / This study describes elevated histochemical signals for nitric oxide synthase-1 (NOS1) and cyclooxygenase-2 (COX-2) in juxtaglomerular apparatus (JGA) and adjacent thick ascending limb of the kidney of fawn-hooded hypertensive rats (FHH). Two different age groups of FHH (8 and 16 wk; FHH8 and FHH16, respectively) were compared with genetically related fawn-hooded rats with close to normal blood pressure (FHL) that served as controls. Histopathological changes in FHH16 comprised focal segmental glomerulosclerosis (FSGS), focal matrix overexpression (mainly of collagen IV), and a moderate arteriolopathy with hypertrophy of the media, enhanced immunoreactivity for alpha-smooth muscle actin, and altered distribution of myofibrils. Macula densa NOS activity, as expressed by NADPH-diaphorase staining, and NOS1 mRNA abundance were significantly elevated in FHH8 (+153 and +88%; P < 0.05) and FHH16 (+93 and +98%; P < 0.05), respectively. Even higher elevations were registered for COX-2 immunoreactivity in FHH8 (+166%; P < 0.05) and FHH16 (+157%; P < 0.05). The intensity of renin immunoreactivity and renin mRNA expression in afferent arterioles was also elevated in FHH8 (+51 and +166%; P < 0.05) and FHH16 (+105 and +136%; P < 0.05), respectively. Thus we show that coordinate upregulation of tubular NOS1, COX-2, and renin expression precedes, and continues after, the manifestation of glomerulosclerotic damage in FHH. These observations may have implications in understanding the role of local paracrine mediators in glomerular disease.

Das distale Nephron spielt eine herausragende Rolle in der Elektrolyt- und Volumenhomöostase. In jüngerer Zeit ist es gelungen einige Proteine, die entscheidend in den tubulären Natriumtransport involviert sind, zu klonieren und auf Tubulusebene zu lokalisieren. Dabei ist das Expressionsmuster dieser Proteine während der Morphogenese weitgehend unbekannt. Die vorliegende Studie beschreibt den Ablauf renaler Differenzierung durch Lokalisation von Natriumtransport-assoziierten Proteinen während der Nephrogenese in der Rattenniere. Der Expressionsnachweis des Na+-Phosphat Kotransporters Typ 2 (NaPi2), des Bumetanid-sensitiven Na+-K+-2Cl--Kotransporters (NKCC2), des Thiazid-sensitiven Na+-Cl--Kotranspor-ter (NCC), des basolateralen Na+/Ca++-Austauscher (NaCa), des epithelialen Na+-Kanals der Ratte (rENaC) und des Enzyms 11b-Hydroxysteroiddehydrogenase Typ 2 (11HSD) erfolgte mittels kombinierter RNA-In situ Hybridizierung und hochauflösender Immunhistochemie. Parallel dazu wurde die morphologische Entwicklung des distalen Nephrons analysiert, um die funktionelle Reifung mit der strukturellen Reifung korrelieren zu können. Die Expression der untersuchten Proteine begann in post-S-shaped Stadien. Die Expression von NKCC2 wurde zuerst in der Macula densa Region lokalisiert und dehnte sich später in den aufsteigenden Schenkel der Henle´schen Schleife (TAL) aus, während die Differenzierung des proximalen Teils der Henle´schen Schleife, wie durch die Expression von NaPi2 gezeigt, erst später erfolgte. NCC wurde zunächst am distalen Ende des auswachsenden distalen Konvolutes (DCT) gefunden und dehnte sich später in Richtung des Überganges zum TAL aus. Nach einer Entwicklungsperiode, in der sich die Propotionen des DCT noch verändern, zeigte sich eine Subsegmentierung des DCT in einen proximalen Teil, der NCC alleine exprimiert, und eine distalen Teil, der NCC zusammen mit NaCa exprimiert. Eine starke Expression von rENaC und 11HSD wurde im jungen Verbindungstubulus und in den Sammelrohren und später auch im distalen Segment des DCT gefunden. Anhand der gewonnenen Daten ist es gelungen, ein detailliertes Expressionsmuster für die entscheidenden Na+-Transport-assoziierten Proteine des distalen Nephrons und des Sammelrohrsystems während der Ontogenese zu erarbeiten. Die Ergebnisse deuten darauf hin, daß einerseits die strukturelle Entwicklung des Nephrons der Expression dieser Proteine bis zu einem gewissen Grad vorausgeht. Andererseits aber auch, daß die Proteinexpression teilweise deutlich vor Beginn der glomerulären Filtration startet. Hieraus ergibt sich die Möglichkeit einer speziellen Funktion der untersuchten Proteine während der Nephrondifferenzierung, die über ihre spätere Rolle als harnmodifizierende Elemente hinausgeht. Die histotopographische Darstellung der Befunde beschreibt die normale Entwicklung der Nephronreifung und bildet damit eine wichtige Grundlage für die Erforschung funktioneller und morphologischer Abweichungen in der renalen Differenzierung. / The mammalian distal nephron plays a pivotal role adjusting urinary sodium excretion. During the past several years, sites of expression of sodium transport proteins in tubules from adult kidneys have been described and correlated with functional properties. Less information is available concerning sites of expression during tubule morphogenesis. In the current studies, patterns of renal axial differentiation were defined by mapping the expression of ion transport pathways during neprhogenesis in the rat. Combined in situ hybridization and immunohistochemistry were used to localize the Na-Pi cotransporter type 2 (NaPi2), the bumetanide-sensitive Na-K-2Cl cotransporter (NKCC2), the thiazide-sensitive Na-Cl cotransporter (NCC), the Na/Ca exchanger (NaCa), the epithelial sodium channel (rENaC), and the 11 b-hydroxysteroid dehydrogenase (11HSD). In parallel the morphologic development of the distal nephron was analyzed to correlate functional and structural properties. The onset of expression of the investigated proteins began in post-S-shape stages. NKCC2 was initially expressed at the macula densa region later extended into the nascent ascending limb of the loop of Henle (TAL), whereas differentiation of the proximal tubular part of the loop of Henle showed a comparatively retarded onset when probed for NaPi2. The NCC was initially found at the distal end of the nascent distal convoluted tubule (DCT) and later extended toward the junction with the TAL. After a period of changing proportions, subsegmentation of the DCT into a proximal part expressing NCC alone and a distal part expressing NCC together with NaCa was evident. Strong coexpression of rENaC and 11HSD was observed in early nascent connecting tubule (CNT) and collecting ducts and later also in the distal portion of the DCT. These data present a detailed analysis of the relations between the anatomic differentiation of the developing renal tubule and the expression of tubular transport proteins.