Citation for published version (APA): Noordmans, G. A. (2015). Novel genes in renal aging. [Groningen]: University of Groningen.

Transcriptie

1 University of Groningen Novel genes in renal aging Noordmans, Gerda Anke IMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to cite from it. Please check the document version below. Document Version Publisher's PDF, also known as Version of record Publication date: 2015 Link to publication in University of Groningen/UMCG research database Citation for published version (APA): Noordmans, G. A. (2015). Novel genes in renal aging. [Groningen]: University of Groningen. Copyright Other than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the author(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons). Take-down policy If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim. Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): For technical reasons the number of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum. Download date:

2 NEDERLANDSE SAMENVATTING

3 NEDERLANDSE SAMENVATTING Veroudering van de nier wordt gekenmerkt door structurele veranderingen en achteruitgang van de nierfunctie. Deze veranderingen maken ouderen kwetsbaar voor factoren zoals een hoge bloeddruk, hart- en vaatziekten, chronische nierziekten en voor stressfactoren zoals dehydratie en toxiciteit. Bij ouderen kunnen deze stressfactoren hierdoor sneller leiden tot acute nierschade en een minder goed herstel hiervan, resulterend in chronische nierziekte of nierfalen. De snelheid waarmee een nier veroudert wordt beïnvloed door omgevingsfactoren en levensstijl. Bij een derde van de oudere populatie wordt echter geen functionele achteruitgang gezien. Dit roept de vraag op waarom de ene persoon gevoeliger is voor een versnelde veroudering van de nier dan de andere persoon. Genetische variatie speelt hierbij een belangrijke rol en kan bepalen of mensen een hoger risico hebben op versnelde veroudering. In dit proefschrift worden verschillende histologische veranderingen (structurele veranderingen in het weefsel) die geassocieerd zijn met veroudering van de nier geanalyseerd in oude muizen. Vervolgens wordt er met behulp van genetische analyses een verband gelegd tussen genetische variaties en een bepaald fenotype (waarneembare eigenschappen). Genen waarin een variatie gevonden wordt en die dus mogelijk een rol spelen bij het ontstaan van het fenotype, worden verder functioneel onderzocht. Deze resultaten kunnen ons helpen om het verouderingsproces van de nier beter te begrijpen en individuen met een hoger risico in een vroeg stadium te kunnen identificeren. Dit kan leiden tot de ontwikkeling van nieuwe therapeutische strategieën die nierveroudering tijdig kunnen vertragen. In hoofdstuk 2 wordt een overzicht gegeven van de functionele en structurele veranderingen tijdens veroudering van de nier. Vervolgens wordt een overzicht gegeven van genen waarvan bekend is dat ze mogelijk betrokken zijn bij nierveroudering. Deze genen zijn geïdentificeerd door humane genoombred e associatiestudies en genetische analyses in muizen. Dit hoofdstuk benadrukt het belang van het gebruik van muizen voor het onderzoeken van de functie van genen die geïdentificeerd zijn door humane studies. Aangezien muizen genetisch een grote overlap tonen met mensen, wordt in dit hoofdstuk ook benadrukt dat muizenstammen gebruikt kunnen worden voor het ontdekken van (nog) onbekende genen die betrokken zijn bij nierveroudering. Intermezzo: histologie van de nier Histologie is het onderzoek naar de bouw van weefsels. Het orgaan of weefsel wordt gefixeerd en door er een dun plakje (coupe) van te snijden kan het bekeken worden met de microscoop. Een nier bestaat uit een miljoen nefronen waardoor

4 bloed gefilterd wordt en urine gevormd. Ieder nefron bestaat uit een kluwen van kleine bloedvaten (glomerulus) en lange nierbuisjes (tubuli). Het bloed wordt door de glomerulus gefilterd, waardoor er voorurine ontstaat dat door het kapsel van Bowman wordt opgevangen. Vervolgens stroomt de voorurine door de tubuli, waar stoffen worden uitgewisseld met het bloed, tot uiteindelijk de urine naar de blaas wordt geleid. De ruimte tussen de glomeruli en tubuli wordt interstitium genoemd. Bij glomerulosclerose ontstaat er bindweefsel in de glomerulus, waardoor het nierfilter beschadigd raakt en er stoffen, zoals eiwitten, in de urine terecht kunnen komen. Dit proces wordt voorafgegaan door een toename van littekenweefsel tussen de cellen rondom de bloedvaatjes in de glomerulus (mesangiale matrix expansie). Nierveroudering wordt gekenmerkt door verschillende histologische veranderingen waaronder verlittekening van het interstitium (interstitiële fibrose), afname of verschrompeling van de tubuli (tubulaire atrofie), afzetting van bindweefsel in de bloedvaten (vasculaire intima fibrose), en glomerulosclerose. Mesangiale matrix expansie (MME), één van de voorlopers van glomerulosclerose, wordt veroorzaakt doordat er geen balans is tussen de productie en de afbraak van matrix eiwitten. In hoofdstuk 3 onderzoeken we welke genen betrokken zijn bij de ontwikkeling van verouderingsgerelateerde MME. Hiervoor hebben we in 24 verschillende muizenstammen gekeken naar de aanwezigheid van MME op leeftijden van 6, 12 en 20 maanden. Een insertie (toevoeging van nucleotiden aan een DNAsequentie) van 9 basenparen in het gen Far2 lijkt een rol te spelen bij het ontstaan van MME op 20 maanden. We laten zien dat muizenstammen met een insertie een verdubbeling van hun Far2-expressie hebben in de nier. Met celexperimenten bevestigen wij dat deze insertie daadwerkelijk de Far2-genexpressie beïnvloedt. Daarnaast laten we zien dat een verhoging van de Far2-expressie in cellen leidt tot een verhoogde productie van factoren die verlittekening (fibrose) stimuleren. Far2 katalyseert voorlopers van deze fibrose-stimulerende factoren en zou op deze manier betrokken kunnen zijn bij het ontstaan van verouderingsgerelateerde mesangiale matrix expansie in de nier. Chronische ontsteking (inflammatie) beïnvloedt nierveroudering via verschillende mechanismen, waaronder productie van stoffen die ontsteking en verlittekening stimuleren. In dezelfde 24 muizenstammen als in hoofdstuk 3, wordt er in hoofdstuk 4 gekeken naar clusters van immuuncellen (witte bloedcellen) rondom bloedvaten. We hebben geconstateerd dat deze clusters toenemen in omvang met het stijgen van de leeftijd en zich ontwikkelen tot tertiaire lymfoїde organen (organen waaruit de afweerreactie wordt opgebouwd). Deze immuuncelclusters zijn niet specifiek voor de nier, want we hebben aangetoond dat ze ook in de lever aanwezig zijn. Met behulp van genetische analyse laten we in hoofdstuk 4 zien dat verscheidene genetische variaties geassocieerd zijn met de aanwezigheid van deze immuuncelclusters (clusters van ontstekingscellen). In mannelijke muizen werd een associatie gevonden met het gen Wisp2 en in vrouwelijke muizen met een gebied waarin zich de genen Ctnnbip1 en Tnfrsf8 bevinden. Deze genen zijn betrokken bij het afschrijven van andere genen en hebben een rol binnen het afweersysteem. Daarnaast vonden we een associatie met een gebied op chromosoom 1, waarin zich het gen Esrrg bevindt. Tijdens het screenen van de nieren van de 20 maanden oude muizen ontdekten wij een opmerkelijk fenotype, namelijk de aanwezigheid van deposities in de bloedvaatjes in de glomerulus. In hoofdstuk 5 laten we zien dat deze deposities aanwezig zijn in zes muizenstammen op een leeftijd van 20 maanden. Deze deposities zijn afwezig of minder uitgebreid in de jongere dieren. Met verschillende technieken onderzochten we de samenstelling van de glomerulaire deposities en laten zien dat deze vetten (lipoproteïnen) bevatten. Door genetische analyse identificeerden wij een gebied op chromosoom 1 in het gen Esrrg dat geassocieerd is met de aanwezigheid van deze glomerulaire deposities. Het is bekend dat Esrrg betrokken is bij vettransport en metabolisme en het zou daarom een rol kunnen spelen bij het ontstaan van deze deposities. Wij konden echter geen verschillen in DNA-sequentie of genexpressie verschillen aantonen tussen de stammen met en zonder deposities. We moeten er daarom vanuit gaan dat glomerulaire deposities een complex fenotype is waarbij andere gebieden op het genoom en omgevingsfactoren betrokken zijn. Estrogen-related receptor γ (Esrrg), dat het eiwit ERRγ codeert, is betrokken bij het ontstaan van verouderingsgerelateerde immuuncelclusters (hoofdstuk 4) en glomerulaire deposities (hoofdstuk 5). Dit zou kunnen betekenen dat genetische variatie in het gen Esrrg geassocieerd is met de ontwikkeling van beide fenotypes in mannelijke muizen en dat beide fenotypes mogelijk een overlappend ontstaansmechanisme hebben. Helaas kunnen we op dit moment alleen maar speculeren over hoe dit proces zou kunnen verlopen, maar het deed ons wel vermoeden dat Esrrg een belangrijk gen is bij veroudering van de nier. Dit wordt ook bevestigd door een andere studie waarin onderzoek is gedaan naar veranderende genexpressie in de nier met het stijgen van de leeftijd. Hierin werd een daling van Esrrg-expressie met veroudering van de nier gevonden. Esrrg is een orphan nuclear hormone receptor, wat inhoudt dat het een hormoonreceptor (bindingsplaats) is waarvan geen endogene (van binnen uit) bindingsfactor bekend is. Het gen komt hoog tot expressie in organen met een hoge metabole activiteit zoals het hart en de nieren. Er is een correlatie aangetoond tussen Esrrg SNPs (nucleotide variaties) en een verandering in bloeddruk. In

5 hoofdstuk 6 onderzoeken wij de functie van ERRγ in de nier, zowel in vivo (muizen) als in vitro (cellen). We laten zien dat ERRγ gelokaliseerd is op dezelfde plek als waar renine (enzym dat betrokken is bij bloeddrukregulatie) geproduceerd wordt, namelijk rondom het aanvoerende vat van de glomerulus. Op basis van deze kennis, en de betrokkenheid van verschillende nucleaire hormoonreceptoren bij de regulatie van renine, formuleerden wij onze hypothese dat Esrrg een regulator is van renine-expressie. Deze hypothese hebben wij op verschillende manieren bevestigd. Stimulatie van renine-producerende cellen met een Esrrg agonist (stimulator) zorgt voor zowel een toename in renine-expressie als -transcriptie (promotoractiviteit, aflezen van het DNA). Het verlagen van de Esrrg-expressie kon het stimulerende effect echter niet compleet laten verdwijnen. Dit zou kunnen betekenen dat het verlagen van de Esrrg-expressie niet volledig is geweest, of dat andere factoren, bijvoorbeeld andere nucleaire hormoon receptoren, betrokkenzijn bij renineregulatie. We hebben nog niet aangetoond dat Esrrg daadwerkelijk bindt aan de reninepromotor, maar dit is zeker iets waarop wij ons in de toekomst zullen richten. Esrrg zou betrokken kunnen zijn bij nierveroudering door het reguleren van de renineproductie. Met toename van de leeftijd wordt inderdaad een daling van de reninelevels gevonden. Deze daling zou er kunnen zijn om een daling van het angiotensine II teweeg te brengen, aangezien Ang II nadelige en verouderingsversnellende effecten in de nier heeft. De daling van renine met de leeftijd zou gereguleerd kunnen worden door Esrrg. rol lijken te spelen bij nierveroudering: Far2 en Esrrg. Door de ontwikkeling van muizenpopulaties met een hogere genetische variatie wordt het in de toekomst mogelijk om nog preciezer nieuwe genen te identificeren. Daarnaast is het belangrijk dat er verder onderzoek wordt verricht naar de genen die in dit proefschrift beschreven worden, met name Far2 en Esrrg. Hun betrokkenheid in processen van nierveroudering is van belang om de onderliggende mechanismen beter te kunnen verklaren en eventueel hierop gebaseerde therapeutische interventies te ontwikkelen. Samenvattend gaat veroudering van de nier gepaard met functionele achteruitgang en structurele veranderingen, wat ouderen gevoeliger maakt voor stressfactoren. Gezien de vergrijzing is het belangrijk om de processen die betrokken zijn bij veroudering van de nier en de onderliggende mechanismen beter te begrijpen. Genetische studies in mensen hebben enkele genen geïdentificeerd die betrokken kunnen zijn bij veroudering, maar het blijft moeilijk om de functie van deze genen compleet te verklaren. Muismodellen kunnen gebruikt worden om het onderliggende mechanisme te onderzoeken, maar ook om genen te identificeren die betrokken zijn bij veroudering. Muizen zijn hiervoor geschikt omdat ze 99% van hun genen met mensen delen. Daarnaast zijn muizenstudies minder tijdrovend en makkelijker uitvoerbaar dan humane studies. Bovendien is het mogelijk om histologische veranderingen in detail te analyseren. Hierdoor is het misschien zelfs mogelijk om subtiele veranderingen te detecteren voordat ze daadwerkelijk een effect hebben op de nierfunctie. Door gebruik te maken van muizenstammen en genetische analyses uit te voeren zijn in dit proefschrift twee genen geïdentificeerd die functioneel een