Mechanisms controlling distal nephron maturation

控制远端肾单位成熟的机制

• 批准号: 9900781
• 负责人: Alexander Georg Marneros
• 金额: $ 35.48万
• 依托单位: MASSACHUSETTS GENERAL HOSPITAL
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2019-04-01 至 2023-01-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/9900781
• 关键词: Activities of Daily Living; Affect; Age; BTB/POZ Domain; Cell Culture System; Cell Differentiation process; Cell Maturation; Chronic Kidney Failure; Core Protein; Cyst; Cystic Kidney Diseases; Cystic kidney; Data; Defect; Dilatation - action; Distal; Distal convoluted renal tubule structure; Electrolytes; Epithelial; Epithelial Cells; Epithelium; Event; Failure; Growth; Homeostasis; Human; Impairment; In Vitro; Kidney; Kidney Diseases; Kidney Failure; Knockout Mice; Laboratories; Lead; Life; Limb structure; Mediating; Missense Mutation; Molecular; Morphology; Mus; Mutation; Nephrons; Nuclear; Nuclear Protein; Pathology; Pathway interactions; Patients; Phase; Phosphoric Monoester Hydrolases; Protein Isoforms; Proteins; Renal function; Role; Signal Transduction; Sodium Chloride; Syndrome; Thick; Transcription Repressor; Up-Regulation; Urine; beta catenin; clinically relevant; derepression; early onset; experimental study; in vivo; innovation; kidney cell; kidney fibrosis; knock-down; mouse model; nephrogenesis; overexpression; planar cell polarity; postnatal; prevent; spatiotemporal

SUMMARY:   The  distal  nephron  of  the  kidney  has  essential  functions  for  urine  concentration  and  electrolyte  homeostasis.  Defects  in  specific  segments  of  the  distal  nephron  can  cause  various  kidney  diseases,  such  as  salt-­losing  tubulopathies that are characterized by an inability to concentrate urine. All nephrons are formed in the mouse  by  ~P3  postnatally,  but  the  full  functional  capacity  of  the  distal  nephron  is  only  achieved  after  a  subsequent  maturation  phase,  during  which  the  distal  nephron  undergoes  significant  growth  and  functional  changes.  The  maturation of the distal nephron has remained largely unstudied and it is not known which molecular and cellular  mechanisms  drive  distal  nephron  maturation.  Here,  we  will  investigate  the  molecular  mechanisms  that  orchestrate distal nephron maturation.   We  have  identified  the  BTB-­domain  containing  nuclear  protein  KCTD1,  a  transcriptional  repressor,  as  an  essential regulator of distal nephron maturation, for which a function in the kidney was previously unknown. We  found  KCTD1  to  be  expressed  only  in  the  distal  nephron  epithelium  in  the  kidney  and show  that  its  deficiency  impairs maturation and function of the thick ascending limb of Henle and the distal convoluted tubule, resulting  in  an  early-­onset  salt-­losing  tubulopathy  with  a  diminished ability  to  concentrate  urine.  The  immature  tubules  undergo progressive dilatation and form enlarging cysts, changes leading to late-­onset kidney fibrosis and renal  failure. Inducible inactivation of KCTD1 during the distal nephron maturation phase leads to these distal tubule  defects,  but  not  when  KCTD1  is  inactivated  in  fully  matured  kidneys.  Importantly,  we  identified  missense  mutations in KCTD1 in patients that develop kidney abnormalities resembling the findings in KCTD1 null mice,  establishing the clinical relevance of KCTD1 for human kidney functions. Mechanistically, we show that loss of  KCTD1 leads to postnatal derepression of the nuclear protein DAPL1 which precedes the manifestation of the  distal  nephron  maturation  defect  and  is  associated  with  loss  of  the  Wnt/planar  cell  polarity  protein  Dvl2  and  increased canonical Wnt/β-­catenin signaling. Furthermore, we show that DAPL1 regulates primary human distal  nephron  epithelial  cell  differentiation.  Here,  we  will  investigate  the  molecular  mechanisms  of  how  KCTD1  and  DAPL1  regulate  distal  nephron  maturation.  Our  proposed  experiments  are  highly  innovative  and  have  significant clinical relevance, as they aim to uncover fundamental new mechanisms that are required for distal  nephron  maturation  and  which  are  impaired  in  several  kidney  disorders.  Moreover,  we  will  investigate  how  defects in distal nephron maturation affect late-­onset chronic kidney disease-­like pathologies and cystic kidney  disease. The scientific premise for this application is strong and builds on extensive preliminary data, mouse  models that have already been established in our laboratory, and a primary human TAL/DCT cell culture system  for which the feasibility of the proposed experiments has been clearly established.

概括：   肾脏的远端肾脏具有尿液浓度和电解质稳态的重要功能。 远端肾单位特定段的缺陷会引起各种肾脏疾病，例如盐失盐 其特征是无法持续尿液的肾小管病。所有肾单位均在鼠标中形成 在〜p3上〜p3，但远端肾单位的全部功能能力仅在随后才能实现 成熟阶段，在此期间，远端肾脏经历显着的生长和功能变化。这 远端肾单位的成熟在很大程度上仍然未被研究，尚不清楚哪个分子和细胞 机理驱动远端肾肾脏成熟。在这里，我们将研究分子机制 编排远端的肾脏成熟。 我们已经确定含有转录代表的核蛋白KCTD1的BTB域 远端成熟的基本调节剂，肾脏中的功能以前尚不清楚。我们 发现KCTD1仅在肾脏的远端上皮上表达，并表明其缺乏 损害Henle和不同曲折的小管的较薄上升肢的成熟和功能，结果 在早期发作的盐叶小管病中，浓缩尿液的能力降低。未成熟的管 进行进行性扩张并形成扩大的囊肿，变化导致迟到肾脏纤维化和肾脏 失败。在远端肾脏成熟阶段诱导KCTD1的诱导灭活导致远端小管 缺陷，但没有在完全成熟的孩子中灭活KCTD1时。重要的是，我们确定了错义 KCTD1的突变患者发生肾脏异常的患者，类似于KCTD1无效小鼠的发现， 建立KCTD1对人肾功能的临床相关性。从机械上讲，我们证明了损失 KCTD1导致核蛋白DAPL1的出生后消除，该核蛋白DAPL1在表现之前 远端肾单位成熟缺陷，与Wnt/Planar细胞极性蛋白DVL2和 规范Wnt/β-catenin信号传导增加。此外，我们表明DAPL1调节原代人远端 肾单位上皮细胞分化。在这里，我们将研究KCTD1和KCTD1的分子机制 DAPL1调控远端肾小管成熟。我们提出的实验具有很高的创新性，并且具有 他们的临床相关性很大，因为它们旨在发现不同的新机制的基本机制 肾脏成熟，并且在几种肾脏疾病中受到损害。而且，我们将调查如何 远端肾脏成熟的缺陷会影响晚期发作的慢性肾脏疾病样病变和囊性肾脏 疾病。该应用程序的科学前提很强，并以广泛的初步数据为基础 已经在我们的实验室建立的模型和主要的人类TAL/DCT细胞培养系统 为此，已经明确建立了拟议的实验的可行性。