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Regulated secretion and role of urinary nanovesicles

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Exosomen im Urin als Biomarker für Nierenerkrankungen

Exosomen sind kleine Membranvesikel, die von zahlreichen Zelltypen ausgeschieden werden und verschiedenste Makromoleküle wie etwa Proteine und genetisches Material enthalten. Ein europäisches Wissenschaftlerteam hat nun untersucht, wie sich aus Urinexosomen neue Informationen über die Nierengesundheit und -funktion gewinnen lassen.

Grundlagenforschung
Gesundheit

Neuere Studien belegen, dass der Signalweg, der die Exosomenproduktion reguliert, für Proteinsekretion, Antigenpräsentation, Pathogentransfer und interzelluläre Kommunikation von Bedeutung ist. Über Exosomanalysen konnten bereits krankheitsassoziierte Tumormarker identifiziert werden. In Urinexosomen finden sich Proteine, die für alle Epithelzellen im Harntrakt und eben auch für Nierenerkrankungen charakteristisch sind. Trotzdem wurde das diagnostische Potenzial dieser Proteine bislang weitgehend unterschätzt.

Proteomanalyse von Exosomen in Urin und Nieren

Unterstützt durch die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen untersuchte das EU-finanzierte Projekt Exosomes die Zusammensetzung und Rolle von Urinexosomen. „Ziel unserer Suche waren neuartige Biomarker aus Urinexosomen für die nichtinvasive Diagnose von Nierenerkrankungen“, erklärt Projektkoordinator Robert Fenton, Professor für Molekulare Zellbiologie an der Universität Aarhus. Mit qualitativen und quantitativen proteomischen sowie umfassenden bioinformatischen Methoden untersuchte die Forschergruppe Urin- und Nierenexosomen unter physiologischen und pathophysiologischen Bedingungen. Insgesamt zeigte sich, dass Urinexosomen bis zu einem gewissen Grad physiologische Veränderungen in der Niere widerspiegeln. Weiterhin wurde eine umfassende Proteomdatenbank zu Urin- und Nierenexosomen erstellt, die auf verschiedenste Krankheiten hindeuten, um mit dieser Datenbank künftig die Suche nach spezifischen Biomarkern zu vereinfachen. Analysen zur Regulierung der Exosomsekretion enthüllten, dass die Ubiquitinierung posttranslationeller Modifikationen unverzichtbare Voraussetzung für den Einbau von Proteinen in die Exosomen ist. Andererseits war die Entfernung von Ubiquitinresten aus Proteinen keine Voraussetzung für die Bildung von Exosomen.

Klinische Bedeutung der Ergebnisse des Projekts Exosomes

Biomarker können die Diagnose und Behandlung verschiedenster Nierenerkrankungen voranbringen. Bislang wurden für die Biomarkerforschung zu Nierenerkrankungen meistens Biopsien von Patienten mit fortgeschrittenen Nierenerkrankungen analysiert, da die Arbeit mit menschlichen Nieren ethischen Restriktionen unterliegt. Dies liefert jedoch keine zuverlässigen Informationen über die Funktion gesunder Nieren oder Frühzeichen einer Nierenerkrankung. Das Urinproteom kann mit nichtinvasiven Methoden untersucht werden, und auch die Probenaufbereitung ist einfach, sodass es sich für die Suche nach alternativen Nierenbiomarkern anbietet. Allerdings finden sich im Urinproteom auch Proteine aus Plasma und dem restlichen Urogenitaltrakt. In Urinexosomen kann zielgerichteter nach Biomarkern gesucht werden als in unfraktioniertem Urin. So zeigt das Projekt Exosomes, dass Urinexosomen den Zustand der Niere widerspiegeln und so die Diagnose und Überwachung von Behandlungsergebnissen vereinfachen könnten. Die Forschergruppe von Exosomes untersucht derzeit gemeinsam mit einem Medizinerteam in Australien Urinexosomen von Patienten mit primärem Aldosteronismus (PA) als primärer Ursache für Bluthochdruck. Über weitere internationale Fördergelder sollen nun detaillierte Profil- und quantitative Proteomanalysen durchgeführt werden, um Biomarker im Urinexosom von PA-Patienten zu identifizieren. Aufgrund der schnellen technischen Fortschritte in der Proteomik könnten sich diese Methoden als vielversprechende Ressource in der Nierenforschung etablieren. Proteomanalysen bei Urinexosomen sind eine leistungsstarke neue Methode, um physiologische und pathophysiologischen Prozesse in den Nieren zu enthüllen. Obwohl Fenton betont, dass „für Hochdurchsatzanalysen große Probenmengen und genormte Methoden benötigt werden, um das Verfahren für die Diagnose und Biomarkerforschung zu optimieren“, geht er davon aus, dass Exosom-Biomarker die Nierendiagnostik verbessern und damit gesundheitliche Risiken für Millionen Menschen weltweit reduzieren werden.

Schlüsselbegriffe

Exosomes, Urinexosom, Biomarker, Nierenerkrankungen, Proteomik, primärer Aldosteronismus (PA)

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