Characterizing the effect of angiotensin II on the electrophysiological properties of renin-secreting cells (RSC) of rat kidney

Das Renin-Angiotensin-Aldosteron System (RAAS) ist ein rückgekoppeltes Hormonsystem zur Aufrechterhaltung und Regulation von Plasmavolumen, Plasmaosmolarität und Blutdruck. Die Aspartylprotease Renin wird aus reninsezernierenden Zellen (RSZ) der Vasa afferentia der Nieren freigesetzt. Die Sekretion wird gesteuert durch den Sympathikus, den Blutdruck in den Vasa afferentia, die NaCl-Konzentration an der Macula densa und zirkulierende Hormone, insbesondere Angiotensin II (ANGII). Diese Faktoren verändern unter anderem die elektrophysiologischen Eigenschaften der RSZ. In dieser Arbeit wurden isolierte Glomerula der Rattenniere mit anhängender afferenter Arteriole zu current- und voltage-clamp Experimenten in whole-cell Konfiguration verwendet. Der Membranleitwert und das Membranpotenzial der Zellen unter Standardbedingungen wurde mit Werten verglichen, die sich ergaben nach - der Applikation von ANGII, - der Modifikation der extrazellulären Kaliumkonzentration, - der Applikation von Barium als Kaliumkanalblocker und - der Applikation von DIDS, NFA und NPPB als Chloridkanalblocker. Die Experimente zeigen, dass RSZ ein Ruhemembranpotenzial von -64 mV haben. Ein Anstieg der [K+]0 auf 10 mM und höher führt zu einer Leitwertzunahme und Depolarisation der Zellen gemäß dem Nernstpotenzial. Das zeigt, dass die Kaliumleitfähigkeit der Zellmembran überwiegt. Die Applikation von Barium, einem Blocker für Kaliumkanäle vom einwärtsrektifizierenden Typ (Kir), führt zur Leitwertabnahme im Klemmbereich negativ von -50 mV und zur Depolarisation. Kir-Kanäle haben demnach eine entscheidende Rolle für das Ruhemembranpotenzial. Anteil am Ruhemembranpotenzial haben aber wahrscheinlich auch calciumabhängige Chloridkanäle (ClCa). Deutlich wird dies in Experimenten mit den Chloridkanalblockern DIDS, NFA und NPPB, die zu einer Hyperpolarisation und einer Abnahme des Leitwertes im Klemmbereich zwischen -30 und -10 mV führen. Insbesondere NFA ist ein potenter und relativ selektiver Blocker für ClCa. ANGII führt zu einer konzentrationsabhängigen Depolarisation und einer Leitwertverminderung im Klemmbereich negativ von -30 mV. ANGII reduziert vornehmlich die Kaliumauswärtsströme, die für das Membranpotenzial entscheidend sind. ANGII führt aber auch zu einer Leitwertzunahme im Klemmbereich zwischen -30 und -10 mV. Die Experimente geben Hinweise darauf, dass dieser Leitwertzunahme ClCa-Kanäle zugrunde liegen, die durch den Anstieg der intrazellulären Calciumkonzentration im Rahmen der ANGII-Depolarisation aktiviert werden könnten. Deutlich wird dies in Experimenten, die mit 142 mM [K+]0 durchgeführt wurden, in denen ANGII zu einer Hyperpolarisation der Zellen führt. Die Bedeutung von ClCa-Kanälen für die depolariserende Wirkung von ANGII zeigt sich dadurch, dass NFA die depolarisierende Wirkung von ANGII signifikant vermindert. Die Leitwertzunahme durch ANGII im Klemmbereich zwischen -30 und -10 mV tritt unter NFA nicht mehr auf. Zusammenfassend läßt sich feststellen, dass in reninsezernierende Zellen in Ruhe die Kaliumleitfähigkeit durch Kir2.x Kanäle überwiegt, zugleich aber calciumabhängige Chloridkanäle (ClCa) beteiligt sind. ANGII verschiebt die Hauptleitfähigkeit RSZ von einer auswärtsgerichteten, hyperpolarisierenden Kaliumleitfähigkeit zugunsten der depolarisierenden Chloridleitfähigkeit. Es stellt sich ein Membranpotenzial ein, dass nahezu dem Nernstpotenzial für Chloridionen entspricht.The renin-angiotensin-aldosterone system (RAAS) is a hormone system that maintains and regulates plasmavolume, plasmaosmolarity and blood pressure. The aspartylprotease renin is secreted by reninsecreting cells in the vasa afferentia of the kidney. This process is mainly regulated by the sympethetic nervous system, the blood pressure in the vasa afferentia, the concentration of NaCl at the macula densa and the circulating hormones, especially angiotensin II (ANGII). These concomitant factors change the electrophysiological properties of RSC. We used isolated glomerula of rat kidey with adherent afferent arteriola for current- and voltage-clamp experiments in whole-cell configuration. The conductance of the cell membrane and the membrane potential on standard conditions were compared with measured values after - ANGII was administered to the cells, - the modification of the extracellular concentration of potassium, - Barium as a potassium-channel blocker and - DIDS, NFA and NPPB as chloride-channel blockers were administered to the cells. The experiments show that RSC have a resting membrane potential of -64 mV. A rise of [K+]0 to 10 mM and higher leads to a rise in membrane conductance and a de-polarisation of the membrane according to the Nernst-potential. These findings show, that the potassium-conductance is the main conductance of the membrane of RSC. Barium, a blocker of inwardly-rectifying potassium channels (Kir), leads to a depolar-isation of the cells and the membrane conductance is reduced when cells are clamped to voltages more negative than -50 mV. Kir-channels therefore play a vital role on the resting membrane potential. Most likely calcium-dependent chloride-channels (ClCa) take part in the resting membrane potential as well. Experiments with the chloride-channel blockers DIDS, NFA and NPPB show, that these substances lead to hyper-polarisation and the membrane conductance is reduced when cells are clamped to voltages between -30 and -10 mV. Especially NFA is a potent and relatively selective blocker of ClCa. ANGII leads to a concentration dependent depolarisation and the membrane conductance is reduced when cells are clamped to voltages more negative than -30 mV. ANGII mainly reduces the potassium outward-current, which is essential for the membrane potential. ANGII also leads to a rise in membrane conductance when cells are clamped to voltages between -30 an -10 mV. The experiments indicate, that this rise in conduct-ance is induced by ClCa, which are activated by the rise in [Ca2+]i during the ANGII induced depolarisation. This is shown more clearly in experiments that were performed in 142 mM [K+]0. Under this condition ANGII leads to a hyperpolariation of the cells. The importance of ClCa-channels on the depolarizing effect of ANGII is shown in experiments with NFA decreasing the depolarizing effect when administered simultaneously. The ANGII induced rise in conductance at voltages between -30 and -10 mV does not occure when NFA is present. Summery: The resting membrane potential of RSC is maintained by the po-tassium current through Kir2.x channels, simutaneously ClCa-channels take part in this effect. ANGII changes the main conductance from an outwardly, hyperpolarizing potassium current to a depolarizing chloride current. A membrane potential equilibrium is reached that matches the Nernst-potential for chloride ions