Hormonelle Regulation durch Renin

Wüstenharn und Wasserharn

Nicht nur die Osmolarität des Blutes, sondern auch das Blutvolumen bzw. der Blutdruck können über Vorgänge in der Niere reguliert werden. Das Hormon Renin spielt dabei eine wichtige Rolle, das seinerseits die Synthese weiterer Hormone einleitet.

Das Enzym Renin

Eigentlich ist Renin gar kein Hormon, sondern eher ein Enzym, und zwar eine Endopeptidase. Endopeptidasen zerlegen Peptide und Protein "von innen", sie schneiden also nicht an den Enden des Proteins, sondern mitten drin. Gebildet wird Renin in den Nieren der Wirbeltiere, und zwar in den Zellen des sogenannten juxtaglomerulären Apparates (JGA). Das ist eine Region im Nephron ganz oben an dem Glomerulus (vereinfacht ausgedrückt).

Die Ausschüttung von Renin erfolgt

• bei niedrigem Blutdruck in der zuführenden Arteriole des Glomerulus
• bei niedriger Natriumkonzentration im distalen Tubulus, also am hinteren Ende des Nephrons^[1].

Renin ist ein recht kleines Protein, es besteht aus nur 340 Aminosäuren. Das Substrat von Renin ist das Protein Angiotensinogen aus der Leber (452 Aminosäuren). Renin spaltet die letzten zehn Aminosäuren vom Angiotensinogen ab. Dieses Decapeptid wird dann als Angiotensin I bezeichnet. Das Angiotensin-konvertierende Enzym (ACE) wiederum spaltet das Peptid Angiotensin-II von Angiotensin-I ab. Angiotensin II ist ein Octapeptid, besteht also aus nur acht Aminosäuren. Die Aminosäure-Sequenz von Angiotension II ist (H₂N-Asp–Arg–Val–Tyr–Ile–His–Pro–Phe–COOH)^[2].

Fassen wir zusammen:

Die Bildung von Angiotension II durch Renin und ACE

Das Hormon Angiotensin II

Das wie oben beschrieben hergestellte Octapeptid Angiotension II ist nun ein klassisches Hormon, es wird in die Blutbahn abgegeben und hat zahlreiche Wirkungen, die "insgesamt den Blutdruck und das Blutvolumen erhöhen"^[3].

Eine dieser Wirkungen ist die Verengung der Arteriolen (kleiner und kleinster Arterien), was zu einer fast sofortigen Erhöhung des Blutdrucks führt.

Regelkreis zur Erhöhung des Blutdrucks durch Renin und Angiotensin II

Das obige Bild zeigt die eben beschriebene Wirkung als Regelkreis. Die drei Minus-Pfeile und der eine Plus-Pfeil wirken zusammen wie ein Minus-Pfeil, das ist typisch für einen Regelkreis oder eine negative Rückkopplung.

Hätten wir einen vierten Minus-Pfeil in dem Regelkreis, wäre es kein Regelkreis mehr, sondern das Gegenteil, ein Aufschaukelkreis (positive Rückkopplung).

Das Hormon Aldosteron

Der durch zu niedrigen Blutdruck angestiegene Angiotensin-II-Level hat aber noch eine andere Wirkung. Nicht nur verengen sich die Arteriolen, was sofort zu einem höheren Blutdruck führt. Nein, es wird die Synthese eines weiteren Hormons angeregt. Das Hormon Aldosteron wird in der Außenschicht der Nebennierenrinde gebildet. Aldosteron ist ein Steroidhormon, das aus Cholesterin gebildet wird. Aldosteron wirkt auf den distalen Tubulus der Nephrone. Diese reabsorbieren daraufhin verstärkt Natrium-Ionen und Wasser-Moleküle. Auch dadurch steigt das Blutvolumen und damit der Blutdruck^[3].

Für Experten:
Wie wirkt Aldosteron genau?

In den Zellen der distalen Tubuli der Nephrone sowie in den Zellen der Sammelrohre aktiviert das Hormon Aldosteron bestimmte Proteine des Zellkerns, die Aldosteron-Rezeptoren. Sind diese Rezeptoren aktiviert, beeinflussen sie die Transkription der DNA. Es werden verstärkt Gene abgelesen, die für Natriumkanäle codieren. Die neu synthetisierten Natriumkanäle werden dann in die Membran der Zellen eingebaut und führen zu einem verstärkten Ausstrom von Natrium-Ionen. Dadurch wird der osmotische Wert des umgebenden Gewebes erhöht, was wiederum zu einem verstärkten Ausstrom von Wasser-Molekülen führt^[4].

Mechanismus der Mineralokortikoidrezeptor-abhängigen Rückresorption von Natrium und Wasser im Epithel der Sammelrohre. MR, Mineralokortikoidrezeptor; HRE, "hormone response element"; ENaC, (Amilorid-sensitiver) epithelialer Natriumkanal; Sgk1, Serum-Glukokortikoid-regulierte Kinase 1; Chif, Kortikosteroid-induzierter Faktor; ki-Ras, Kirsten Ras GTP-bindendes Protein-2A.

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Auf dem oberen Bild sieht man die Wirkung von Aldosteron auf die Epithelzellen der Sammelrohre genauer. Das Hormon Aldosteron aktiviert einen Transkriptionsfaktor MR, der dann die Transkription eines bestimmten Natriumkanals (ENaC) sowie einer Natrium-Kalium-Pumpe (Na⁺/K⁺-ATPase) aktiviert. Natrium-Ionen werden von dieser ATP-getriebenen Pumpe nach außen transportiert, ins Interstitium. Aus dem Lumen des Sammelrohrs strömen dann passiv Natrium-Ionen in die Zelle hinein. Wasser-Moleküle folgen diesem Strom passiv. Kalium-Ionen gehen den umgekehrten Weg.