Die β-Schaltzellen (β-ICs) vermitteln im renalen Sammelrohr die Sekretion von Bicarbonat (HCO3-) und tragen somit wesentlich zur Aufrechterhaltung der Säure-Basen-Homöostase bei. Durch die Resorption von Natrium (Na+) und Chlorid (Cl-) sind die β-ICs zudem an der Regulation des Elektrolyt- und Volumenhaushalts beteiligt. Die Aufnahme von NaCl erfolgt auf der luminalen Seite der ß-ICs durch die Zusammenarbeit des Cl-/HCO3--Antiporters Pendrin (SLC26A4) und des Na+-getriebenen Cl-/HCO3--Antiporters NDCBE (SLC4A8). Aufgrund von In-vitro-Untersuchungen wird angenommen, dass die basolaterale Na+-Abgabe durch den Anionen-Austauscher 4 (AE4; SLC4A9) als Na+/HCO3--Cotransport vermittelt wird. Bisher wurde die Rolle des AE4 bei der Aufrechterhaltung der Na+-Balance und des Volumenhaushalts in vivo nicht untersucht. Daher war es Ziel der Arbeit, die physiologische Funktion des AE4 während eines NaCl-Mangels und während einer Säure- oder Basenbeladung zu untersuchen. Wildtyp-Mäuse (Ae4+/+) und AE4-defiziente Mäuse (Ae4-/-) wurden während einer NaCl-Mangeldiät sowie einer Na+-Mangeldiät mit Säurebeladung oder einer Cl--Mangeldiät mit Basenbeladung untersucht. Es erfolgte eine Analyse der Plasmakonzentration sowie Urinausscheidung von Na+ und Cl-. Das Plasmavolumen wurde mittels Evans Blue Methode bestimmt und durch den Hämatokrit abgeschätzt. Die Proteinexpression des Na+/H+-Antiporters NHE3, des Na+/Cl--Cotransporters NCC und des epithelialen Na+-Kanals ENaC wurden mittels Western Blot untersucht. Die Aktivität des NCC und ENaC wurden zusätzlich durch die Blockade mit Diuretika charakterisiert. Zudem wurde die Reninaktivität und Aldosteronkonzentration im Plasma bestimmt. Die glomeruläre Filtrationsrate (GFR) wurde mit Hilfe transkutaner Fluoreszenz-Messung ermittelt. Mit einem Blutgasanalysegerät wurde der Säure-Basen-Status der Mäuse bestimmt. Während der NaCl-Mangeldiät ließen sich keine Effekte der AE4-Defizienz auf die Na+- und Volumenbalance beobachten. Die Na+-Urinausscheidung der Ae4-/- Mäuse war im Vergleich zu den Ae4+/+ Mäusen nicht erhöht. Nach 10 Tagen NaCl-Mangel war auch das Renin-Angiotensin-Aldosteron-System (RAAS) bei beiden Genotypen gleich aktiviert. Ein Fehlen des AE4 führte auch nicht zur vermehrten, kompensatorischen Aktivierung anderer renaler Na+-Resorptionswege. Die Na+-Mangeldiät mit Säurebeladung führte bei den Ae4-/- Mäusen nicht zur verstärkten Induktion einer metabolischen Azidose, da weder der pH-Wert noch die Standardbikarbonat-Konzentration im Plasma zwischen den Ae4+/+ und Ae4-/- Mäusen unterschiedlich war. Demgegenüber zeigten die Ae4-/- Mäuse unter der NaCl-Mangeldiät eine hypochlorämische metabolische Alkalose, die bei den Ae4+/+ Kontrolltieren nicht zu beobachten war. Die Cl--Mangeldiät mit Basenbeladung verstärkte diesen Effekt, sodass sich eine schwerwiegende hypochlorämische metabolische Alkalose entwickelte. Der NHE3 im proximalen Tubulus, als wichtigster renaler HCO3--Resorptionsweg, war bei den Ae4-/- Mäusen weniger aktiviert. Daher wurde die beobachtete metabolische Alkalose durch eine eingeschränkte Kapazität zur renalen HCO3- -Sekretion verursacht. Zusammenfassend zeigt die vorliegende Arbeit, dass der AE4 nicht essentiell für die Aufrechterhaltung der Na+-Balance und des Volumenhaushalts ist. Jedoch führt die AE4-Defizienz zu einer eingeschränkten renalen HCO3--Sekretion und Cl--Resorption. Diese war bereits unter der NaCl-Mangeldiät zu beobachten, wurde jedoch unter dem Cl--Mangel mit Basenbeladung aggraviert. Daher besitzt der renale AE4 eine essentielle Rolle für die Aufrechterhaltung der Säure-Basen-Homöostase und des Cl--Haushalts.
β-intercalated cells (β-ICs) mediate the secretion of bicarbonate (HCO3-) in the renal collecting duct and are therefore essential for acid-base homeostasis. It has been shown that the β-ICs also participate in the regulation of electrolyte balance and volume homeostasis by the reabsorption of sodium (Na+) and chloride (Cl-). Luminal NaCl uptake is mediated by the parallel action of the Cl-/HCO3- exchanger pendrin (SLC26A4) and the Na+-driven Cl-/HCO3- exchanger NDCBE (SLC4A8). It was suggested that the anion exchanger 4 (AE4; SLC4A9) mediates basolateral Na+ extrusion by Na+/HCO3- cotransport. In vivo studies showing the function of AE4 are still lacking. Therefore, the aim of this study was to examine the physiological role of the AE4 during dietary NaCl depletion and during Na+-depleted and acid-loaded diet or Cl--depleted and alkali-loaded diet using wild-type (Ae4+/+) and AE4-deficient mice (Ae4-/-). Plasma concentration and urinary excretion of Na+ and Cl- were analyzed. The plasma volume was determined by the Evans blue method and assessed by hematocrit. The protein abundance of the Na+/H+ exchanger NHE3, the Na+/Cl- cotransporter NCC, and the epithelial Na+ channel ENaC were estimated by western blotting. The activity of the NCC and ENaC were analyzed by use of diuretics. The plasma renin activity and aldosterone concentration were determined. The glomerular filtration rate (GFR) was detected by transcutaneous fluorescence measurement. The acid-base status of the mice was determined with a blood-gas analyzer. During NaCl-depleted diet, AE4 deficiency showed no effects on Na+ and volume balance. The urinary Na+ excretion of Ae4-/- mice was not increased compared to Ae4+/+ mice. After 10 days of NaCl-depletion the renin-angiotensin-aldosterone system (RAAS) was similarly activated in both genotypes and no compensatory activation of other renal Na+ reabsorption pathways was found in Ae4-/- mice. After Na+-depleted and acid-loaded diet the acid-base status of Ae4-/- mice was not impaired, indicated by measurements of the pH and standard bicarbonate concentration in plasma. In contrast, Ae4-/- mice exhibited a hypochloremic metabolic alkalosis after NaCl-depleted diet, which was not observed in Ae4+/+ mice. The Cl--depleted and alkali-loaded diet aggravated the effect and Ae4-/- mice developed a severe hypochloremic metabolic alkalosis. The NHE3 in the proximal tubule, the main renal HCO3- reabsorption pathway, was downregulated in Ae4-/- mice. This indicates, that the observed metabolic alkalosis was due to an impaired ability of the β-ICs to secret HCO3-. In conclusion, this study showed that the AE4 is not essential for the regulation of the Na+ and volume balance. However, it was shown that the AE4 deficiency causes an impaired renal ability to secret HCO3- and reabsorb Cl-. This was already observed during NaCl-depleted diet, but was aggravated during Cl--depleted and alkali-loaded diet. Therefore, the renal AE4 has an essential role in maintaining acid-base homeostasis and Cl- balance.
