Diabetes insipidus: der Wasserdiabetes

Unbehandelte Patienten mit Diabetes insipidus scheiden bis zu 20 Liter Harn pro Tag aus. Dr. Pavel Nedvetsky vom Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie in Berlin erforscht die zellulären Grundlagen dieses Leidens.

Der Mensch besteht zu ungefähr sechzig Prozent aus Wasser. So ist es nicht verwunderlich, dass er ein ausgefeiltes System zur Regulierung seines Wasserhaushaltes besitzt. Eine zentrale Rolle spielt dabei die Niere. Ist das Regelsystem durch Krankheiten gestört, kann das lebensbedrohliche Auswirkungen haben. Eine diese Krankheiten ist Diabetes insipidus. Dr. Pavel Nedvetsky erforscht in einer von Enno Klußmann geleiteten Gruppe am Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie (FMP) dieses Leiden, auch Wasserdiabetes genannt.

Bei Diabetes insipidus haben die Nieren der betroffenen Personen die Fähigkeit verloren, auf das Hormon Vasopressin zu reagieren, das bei Durst ausgeschüttet wird. Unbehandelte Patientien scheiden dann bis zu 20 Liter Wasser am Tag mit dem Harn aus (siehe auch Hintergrund-Text unten).

Bei gesunden Menschen kontrolliert das Hormon Vasopressin einen Prozess, bei dem Harn aufkonzentriert und das Wasser daraus zurückgewonnen wird. Die molekularbiologischen Grundlagen dieses Vorgangs untersucht Pavel Nedvetsky. Um das Wasser zu „recyclen“, müssen Wasserkanäle (Aquaporine) in die Zellmembranen von so genannten Hauptzellen des Sammelrohrs der Nieren eingelagert werden. Dort findet die Rückgewinnung statt. Durch die Wasserkanäle kann das Wasser aus dem Harn in die Zellen und schließlich in das Blut zurückfließen.

Pavel Nedvetsky untersucht die Art und Weise, wie ein bestimmter Wasserkanal (Aquaporin- 2) aus dem Zellinneren zur Zellmembran gebracht wird. Nedvetsky konnte zeigen, dass das Motormolekül Myosin Vb den Wasserkanal entlang von faserartigen Strukturen zur Zellmembran transportiert. Diese Strukturen durchziehen eine Zelle wie ein Netz und werden als Cytoskelett bezeichnet. Es ist aus verschiedenen Proteinfilamenten aufgebaut. Eines dieser Filamente besteht aus Aktin. Das kommt unter anderem auch in Muskeln vor, wo es im Zusammenspiel mit einem anderen Myosin (Myosin II) für Bewegungen verantwortlich ist. Dabei gehen Myosin und Aktin eine kurzzeitige Verbindung ein – ähnliches passiert auch beim Aquaporin-Transport.

Myosin Vb sieht aus wie ein Y und kann mit seinen zwei kurzen Enden in einem Wechselspiel von Lösen und Binden der Myosinfüße an Aktinfilamenten eine Art Laufbewegung ausführen. In der animierten Darstellung von elektronenmikroskopischen Aufnahmen sieht das aus, als würde eine Stoppuhr mit zwei Zeigern sehr schnell laufen. Jedes Mal wenn ein Zeiger die Sechs überschreitet, hat das Molekül einen Schritt gemacht.

Zum Anknüpfen an Wasserkanäle benutzt Myosin Vb sein drittes Ende. Aquaporin-2 liegt im Zellinneren in eingepackt in eine Art Bläschen (Vesikel) vor. Um den Wassertransport aus dem Primärharn zurück in den Körper zu vermitteln, muss der Wasserkanal aber in die Membran, die das Sammelrohr vom Primärharn trennt, eingebaut werden. Durch einen noch nicht näher geklärten Mechanismus binden diese Vesikel an das Myosin. Sie werden dann bis zum Ende der Aktinfilamente transportiert, wo sie ihre Fracht an die Zellmembran abliefern. Manchmal übergeben sie ihre Fracht auch an weitere Transportproteine. Diese können sich beispielsweise auf den Microtubuli, einer anderen Struktur des Cytoskelettes, fortbewegen. Wie der Transport hier verläuft, möchte die Arbeitsgruppe als nächstes klären. Autor: Thomas Rode

Weitere Informationen
Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie
Dr. Enno Klußmann / Dr. Pavel Nedvetsky
Tel.: 030 / 9 47 93-260 / -259
Mail: klussmann@fmp-berlin.de
nedvetsky@fmp-berlin.de

Hintergrund-Information

Die Nieren filtrieren das Blut mehr als hundert Mal am Tag und wälzen bis zu 1500 Liter um, wobei rund 180 Liter Primärharn entstehen. Unbrauchbare Substanzen werden mit dem Harn ausgeschieden, brauchbare Stoffe, wie auch Wasser, zurück in den Körper geleitet.

Das Wasser gelangt über die Wasserkanäle Aquaporin-1 bis -4, die in bestimmten Zellen des Nierenepithels vorkommen, zurück in das Blut. 90 Prozent dieses Wassertransportes ist konstitutiv, also ständig aktiv. Das verbleibende Wasser wird durch Aquaporin-2 geleitet. Dieses Aquaporin ist durch das antidiuretische Hormon (Vasopressin) regelbar.

Bei Menschen, die an Diabetes insipidus leiden, können die Nieren das aus dem Blut filtrierte Wasser nicht in ausreichender Menge zurückgewinnen. Als Folge davon müssen unbehandelte Patienten bis zu 20 Liter Wasser am Tag ausscheiden und haben ständig Durst.

Neunzig Prozent der Menschen, die an Diabetes insipidus erkranken, leiden an einer genetischen Mutation. Sie liegt auf dem X-Chromosom. Eine solche Schädigung des X-Chromosoms trifft vor allem Männer, die nur eines davon besitzen. Bei Frauen liegen zwei X-Chromosomen vor. Die Wahrscheinlichkeit, dass beide defekt sind, ist gering.

Bei zehn Prozent der Diabetes-insipidus-Patienten kommt das Aquaporin-2 in einer verkrüppelten Form vor. Er kann nicht in die Zellmembran integriert werden. Somit kann kein Wasser Vasopressin-abhängig zurückgewonnen werden.

Dieser Text (Autor: Thomas Rode) ist ein Auszug aus dem aktuellen Verbundjournal, der Zeitschrift des Forschungsverbundes Berlin e.V. (FVB). Das Verbundjournal erscheint vierteljährlich als Printausgabe und ist auch von den Seiten des FVB herunterzuladen (www.fv-berlin.de). Titelthema der aktuellen Ausgabe ist Forschung mit und über Wasser. Das Heft kann kostenlos von uns angefordert werden (Mails bitte an zens@fv-berlin.de).

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