Bepaling of de nieren van patienten met nefrogene diabetes insipidus, als gevolg van een inactiverende mutatie in het AQP2 gen, cysten hebben of niet

Het Aquaporine-2 (AQP2) water kanaal wordt tot expressie gebracht in de
verzamelbuis van de nier en zorgt voor de vasopressine-gereguleerde resorptie
van water uit de pro-urine en daarmee de concentrering van urine. De essentiele
rol van AQP2 daarin wordt geillustreerd door het feit dat mutaties in het AQP2
gen, leidende tot niet-functionele waterkanalen, de oorzaak is van autosomale
nefrogene diabetes insipidus (cNDI)(1-5). cNDI is een genetische ziekte
waarbij de nier niet meer in staat is urine te concentreren ondanks verhoogde
vasopressine niveaus, leidende tot het plassen van grote volumina
laag-osmotische urine (polyurie) en, als gevolgd daarvan, polydipsia. Op basis
van een recente publicatie in het gerenommeerde blad Journal of the Americal
Society of Nephrology (impact 9.0) is recent gepostuleerd dat de afwezigheid
van functioneel AQP2, naast NDI, ook leidt tot het onstaan van nier
microcysten(6). De redenatie en gegevens die de auteurs aandragen ter
onderbouwing hiervan zijn:
1) Inactivatie van AQP2, AQP3 of AQP4 in (transgene) muizen leiden allemaal tot
NDI, maar alleen muizen met AQP2 mutaties laten niercystevorming.
2) Cellen (LLCPK en MDCK) die stabiel getransfecteerd zijn met AQP2 laten
tijdens de celproliferatie binding aan het basaalmembraaneiwit integrine zien.
Deze binding zou ervoor zorgen dat verzamelbuiscellen in een bepaalde richting
delen, wat van belang kan zijn bij formatie van de tubulus.

Wij denken sterke argumenten te hebben dat AQP2 niet essentieel is voor
tubulusformatie en dat het gemis van functioneel AQP2 niet leidt tot
cystevorming. Onze argumenten/aanwijzingen zijn als volgt:
Ad 1) muizen met congenitale inactiverende mutaties in het AQP2 gen sterven
vrijwel allemaal vlak na de geboorte ten gevolge van excessieve dehydratie,
terwijl muizen met congenitale AQP1, AQP3 of AQP4 mutaties overleven en een
beperktere mate van NDI hebben (7-11). Het gemis van AQP2 leidt dus tot een
grotere polyurie dan het gemis van AQP1, AQP3 of AQP4. Bij mensen zien we een
vergelijkbaar, maar minder heftig, effect: mensen met AQP2 mutaties overleven,
maar leiden aan cNDI, terwijl bij mensen met AQP1 of AQP3 mutaties geen
probleem met de diurese gevonden wordt (12, 13).
Ad 2) de cellen gebruikt door Chen et al expresseren AQP2 altijd, omdat ze
stabiel getransfecteerd zijn. Uit onze analyse met mpkCCD muizenier
verzamelbuiscellen, die endogeen AQP2 expresseren en dat alleen doen als de
cellen vasopressin gegeven wordt, blijkt echter dat AQP2 alleen maar tot
expressie komt als de cellen gepolariseerd zijn en niet als ze niet
gepolariseerd, en dus proliferatief, zijn (zie figuur 1). Op basis van onze
data, met een meer fysiologische cellijn dan die van Chen et al, is AQP2 dus
niet beschikbaar voor binding aan integrine tijdens celdeling en kan het dus
niet zorgen voor geleide groei langs de cellulaire matrix en tubulus formatie.
3) In al de jaren dat ik onderzoek doe aan cNDI heb ik nooit gehoord dat een
clinicus cysten heeft waargenomen in de nier van een cNDI patient.
Onze data suggereren dat verminderde polarizatie (en dus verhoogde
proliferatie) van verzamelbuis hoofdcellen zorgen voor verlaagde AQP2
expressie, diurese en cystevorming en niet dat AQP2 zelf oorzakelijk is voor
cystevorming. Analyse van de nier van NDI patienten agv een inactiverende AQP2
mutatie op microcysten moet hier een antwoord op geven.

Verdere fundamentele en klinische relevantie:
Autosomale dominantne polycystic kidney disease (ADPKD) is de meest voorkomende
genetische nierziekte die leidt tot chronisch nierfalen en, uiteindelijk,
levenslange dialyse of, indien beschikbaar, niertransplantatie. ADPKD wordt
veroorzaakt door inactiverende mutaties in polycystine-1(PC1) gen en leidt als
eerste in de ontwikkeling van de ziekte tot een verhoogde diurese bij een
verhoogd AVP niveau. Aangezien ADPKD zich voornamelijk ontwikkelt vanuit de
verzamelbuis suggereert dit verlaagde AQP2 niveaus. Recent is aangetoond dat
mutaties in PC-1 leiden tot verhoogde proliferatie (14). Als een verminderd
AQP2 expressie niveau niet zelf al kan leiden tot cystevorming is een bijdrage
van AQP2 bij de cystevorming van ADPKD uit te sluiten. Gezien de ernst van
ADPKD zal de wetenschap of het gemis van AQP2 al kan leiden tot cystevorming
een rol speln bij de ontwikkeling van medicatie ter behandeling van ADPKD.

Waarom MRI ipv echoscopie?:
Bij muizen transgeen voor AQP2 mutaties werden via coupes microcysten
gedetecteerd. Analyse van de nier van NDI patienten zal niet-invasief moeten
gebeuren. Om te kunnen vaststellen of de nieren van NDI patienten agv AQP2
mutaties microcysten hebben of niet is daarom gekozen voor MRI ipv echoscopie,
omdat deze niet-invasieve techniek een resolutie heeft die hoog genoeg is om
met zekerheid microcysten te kunnen detecteren.


Referenties:

1. Wesche D, Deen PM, & Knoers NV (2012) Congenital nephrogenic diabetes
insipidus: the current state of affairs. Pediatr Nephrol 27(12):2183-2204.
2. Boone M & Deen PM (2009) Congenital nephrogenic diabetes insipidus: what can
we learn from mouse models? Exp.Physiol 94(2):186-190.
3. Mulders SM, et al. (1998) An aquaporin-2 water channel mutant which causes
autosomal dominant nephrogenic diabetes insipidus is retained in the Golgi
complex. J Clin Invest 102(1):57-66.
4. van Lieburg AF, et al. (1994) Patients with autosomal nephrogenic diabetes
insipidus homozygous for mutations in the aquaporin 2 water-channel gene. Am J
Hum Genet 55:648-652.
5. Deen PMT, et al. (1994) Requirement of human renal water channel aquaporin-2
for vasopressin-dependent concentration of urine. Science 264:92-95.
6. Chen Y, et al. (2012) Aquaporin 2 promotes cell migration and epithelial
morphogenesis. J Am Soc Nephrol 23(9):1506-1517.
7. Yang B, Gillespie A, Carlson EJ, Epstein CJ, & Verkman AS (2000) Neonatal
mortality in an aquaporin-2 knock-in mouse model of recessive nephrogenic
diabetes insipidus. J.Biol.Chem. 276(4):2775-2779.
8. Rojek A, Fuchtbauer EM, Kwon TH, Frokiaer J, & Nielsen S (2006) Severe
urinary concentrating defect in renal collecting duct-selective AQP2
conditional-knockout mice. Proc Natl Acad Sci U S A 103(15):6037-6042.
9. Ma T, et al. (2000) Nephrogenic diabetes insipidus in mice lacking
aquaporin-3 water channels. Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A 97(8):4386-4391.
10. Ma TH, et al. (1998) Severely impaired urinary concentrating ability in
transgenic mice lacking aquaporin-1 water channels. Journal Of Biological
Chemistry 273(8):4296-4299.
11. Ma TH, et al. (1997) Generation and phenotype of a transgenic knockout
mouse lacking the mercurial-insensitive water channel aquaporin-4. J Clin
Invest 100:957-962.
12. King LS, Choi M, Fernandez PC, Cartron JP, & Agre P (2001) Defective
urinary-concentrating ability due to a complete deficiency of aquaporin-1.
N.Engl.J Med. 345(3):175-179.
13. Roudier N, et al. (2002) AQP3 deficiency in humans and the molecular basis
of a novel blood group system, GIL. J.Biol.Chem. 277(48):45854-45859.
14. Rowe I, et al. (2013) Defective glucose metabolism in polycystic kidney
disease identifies a new therapeutic strategy. Nat Med 19(4):488-493.

Aantonen of het gemis van het Aquaporine-2 water kanaal zorgt voor
cysteformatie.

In deze observationele studie zullen 2 tot 5 patiënten gevraagd worden om een
MRI, zonder contrast vloeistof, van hun nieren te laten maken. Deze zal gemaakt
worden op de afdeling Radiologie van het RadboudUMC. Voor het beantwoorden van
de onderzoeksvraag zullen 2 tot 5 patiënten met mutaties in het AQP2 gen
gevraagd worden om deel te nemen aan deze studie. Eventueel deelnemende
patiënten zullen volledig worden geïnformeerd over de studie en de te maken MRI.

Tijdens het maken van de MRI zal de patiënt op de rug worden gepositioneerd in
de MRI. Er zal tijdens het vervaardigen van de MRI gebruik worden gemaakt van
een body phase array coil ter verbetering van de resolutie. Er zijn tijdens het
onderzoek geen gebruik worden gemaakt van contrast vloeistof. Mocht de patiënt
er behoefte aan hebben dan kan de MRI van te voren geoefend worden onder
begeleiding van een pedagogisch medewerker.

Omdat de nieren meebewegen met de ademhaling zal een snelle scan techniek
gebruikt worden. Indien mogelijk zal de scan worden uitgevoerd tijdens
expiratie. Dit omdat de nieren minder bewegen tijdens expiratie dan tijdens
inspiratie. Als de scan sequenties te lang zijn om gedurende één adempauze uit
te voeren kan er gebruik worden gemaakt van respiratory gating. Met deze
techniek kan de diafragma beweging gevolgd worden en kan er bepaald worden
wanneer opnamen gemaakt moeten worden. De phased array body coil wordt gebruikt
om de signaal-ruis verhouding te verbeteren aangezien een hoge resolutie
belangrijk is in de visualisatie van microcysten. Om aliasing (artefact) te
voorkomen zullen de armen van de patiënt boven het hoofd gepositioneerd worden.
De opnames zullen gemaakt worden met een 1,5 of 3 Tesla systeem.

De volgende sequenties zullen worden gemaakt:
-Coronale T2-gewogen opname, dient als localizer, wel relatief lage
signaal-ruis verhouding waardoor meer ruis.
-Axiale T2 gewogen turbo spin echo opname met vet suppressie, geeft meer
gedetailleerde informatie vooral behulpzaam bij het beoordelen van cyste.
-Axiale T1 gewogen gradiënt echo opname, geeft vooral bij lesies met hoog
eiwitgehalte een hyperintens signaal, cysten zullen zich hypointens afbeelden.

Het maken van de MRI van de nieren zal ongeveer 30 minuten in beslag nemen. De
radioloog zal hierna een rapport maken van de bevindingen deze zal ook
gecommuniceerd worden naar de huisarts van de patiënt.

Patiënten kunnen tijdens het maken van een MRI claustrofobische gevoelens
krijgen. Daarnaast kunnen patiënten last krijgen van duizeligheid, hyperacusis,
tinnitus of een lichte opwarming van de huid.