Die Prozesse in der Niere, die zur Produktion von Urin führen, folgen einem Rhythmus, der durch molekulare Mechanismen gesteuert wird, die als „circadiane Uhr“ bezeichnet werden. In einer kürzlich im Journal of Clinical Investigation veröffentlichten Studie untersuchten Forscher der Universität Lausanne und der SIB an Mäusen, wie diese circadiane Uhr den Stoffwechsel in der Niere steuert. Nach der Analyse von Multi-Omics-Daten konnten sie zeigen, dass ein Teil der Gene, Proteine und Metaboliten, die in der Niere und im Plasma von Mäusen gefunden wurden, tatsächlich im Laufe des Tages in unterschiedlichen Mustern exprimiert werden. Die Daten wurden auf einer Website frei zugänglich gemacht.
Urinproduktion und die innere Uhr
Urin wird in den Nieren durch die Filterung des Blutes in vielen kleinen Strukturen innerhalb des Organs, den sogenannten Tubuli, gebildet. Dieser Prozess erfordert eine erhebliche Menge an Energie, die durch den Stoffwechsel bereitgestellt wird. Da die Urinproduktion bekanntermaßen einem zirkadianen Rhythmus folgt, ist davon auszugehen, dass auch der Nierenstoffwechsel rhythmisch abläuft. Der zirkadiane Rhythmus wird durch molekulare Mechanismen in den Zellen der Nierentubuli, die als „zirkadiane Uhr“ bezeichnet werden, gesteuert.
Nachweis der Rhythmik des Nierenstoffwechsels
Die Produktion von Urin ist bekanntermaßen ein energieintensiver Prozess, der dem Rhythmus der circadianen Uhr folgt (siehe Kasten). In dieser Studie unter der Leitung von Dmitri Firsov und Yohan Bignon von der UNIL sowie Leonore Wigger von der Vital-IT-Gruppe der SIB wollten die Forscher herausfinden, wie der Nierenstoffwechsel auf molekularer Ebene von der circadianen Uhr gesteuert wird.
Dazu wurden Nierenproben von Mäusen, denen die circadiane Uhr in den Tubuli dieses Organs gentechnisch entfernt worden war, sowie deren Plasma entnommen. Anschließend wurde die Expression von Genen, Proteinen und Metaboliten gemessen und mit denen normaler Mäuse verglichen. Es zeigte sich, dass 20 bis 30 % aller Gene, Proteine und Metaboliten in der Niere rhythmisch exprimiert werden. Darüber hinaus beeinflusst die circadiane Uhr der Niere das rhythmische Muster und die Häufigkeit eines Großteils der in dieser Studie analysierten Moleküle. Infolgedessen werden wichtige molekulare Signalwege, die die Niere mit Energie versorgen, durch das Fehlen der circadianen Uhr der Niere stark beeinträchtigt.
Die Ergebnisse der Multi-Omics-Datenanalyse offen zugänglich und durchsuchbar machen
Zur Analyse der aus den Nierenproben gewonnenen molekularen Daten war ein Multi-Omics-Ansatz erforderlich. Die daraus resultierenden Expressionsmuster können auf einer speziellen Website, die von Lou Götz bei Vital-IT entwickelt wurde, von allen eingesehen werden. Leonore Wigger, Senior Computational Biologist bei SIB, sagt: «Dieses anspruchsvolle Projekt hat zu neuen Erkenntnissen über die circadiane Uhr in der Niere von Mäusen geführt, die bisher in diesem Umfang noch nicht untersucht wurden. Wir sind stolz darauf, zu dieser Studie beigetragen zu haben, und hoffen, dass die von uns geschaffene Ressource in Zukunft zu weiteren Entdeckungen führen wird. Die breite Verfügbarkeit dieser Daten für die Wiederverwendung steht im Einklang mit dem Engagement der SIB für die Förderung offener Forschungsdaten.“
Reference(s)
Bignon Y. et al. Multiomics enthüllt mehrstufige Kontrolle des renalen und systemischen Stoffwechsels durch die circadiane Uhr der Nierentubuli. The Journal of Clinical Investigation.
