The function of kidney specific (KS)-WNK1 condensates during potassium stress

钾应激期间肾脏特异性 (KS)-WNK1 缩合物的功能

基本信息

项目摘要

PROJECT SUMMARY/ABSTRACT   Potassium  [K+]-­deficient  diets  have  contributed  to  the  global  epidemic  of  hypertension  and  chronic  kidney  disease (CKD). Given the low cost and ease of increasing dietary [K+], more research is needed to understand  how [K+] imbalance leads to these diseases. The kidneys handle 90% of [K+], and the distal convoluted tubule  (DCT)  acts  as  a  [K+]  sensor  via  the  WNK-­SPAK  (With-­No-­Lysine/Ste20/SPS-­1-­related  proline-­alanine-­rich  protein  kinase)  pathway.  Gain-­of-­function  mutations  to  this  pathway  lead  to  severe  hypertension  and  hyperkalemia by activation of the thiazide-­sensitive sodium/chloride co-­transporter (NCC). Curiously, dietary [K+]  depletion  or  loading  causes  the  WNK-­SPAK  kinases  to  assemble  into  large  DCT-­specific  cytoplasmic  puncta,  that  are  not  seen  in  mice  on  normokalemic  diets.  For  years,  the  structure  and  function  of  these  condensates,  which we call “WNK bodies”, remained a mystery. Dr. Boyd-­Shiwarski’s initial work has identified that these DCT-­ specific puncta are (i) dependent upon the expression of kidney specific (KS)-­WNK1 (ii) potassium-­sensitive;; (iii)  membrane-­less;; (iv) not associated with conventional organelles;; and (v) associated with WNK-­SPAK proteins.  Based on these findings, we hypothesize that WNK bodies are membrane-­less microdomains that sequester the  WNK-­SPAK pathway to modulate WNK signaling during potassium imbalance. This hypothesis will be tested in  two aims that evaluate the physiological significance and biological basis of WNK body formation. This proposal’s  physiology-­based  aim  will  provide  Dr.  Boyd-­Shiwarski  with  the  opportunity  to  work  with  animal  models  and  (i)  implement  ex  vivo  microscopy  techniques,  (ii)  quantify  changes  in  urine,  serum,  and  blood  pressure,  and  (iii)  develop  transgenic  mouse  models.  Whereas,  the  biology-­based  portion  of  this  proposal  will  include  implementation  of  (i)  molecular  cloning,  (ii)  protein  biochemistry,  and  (iii)  mass  spectrometry  and  RNA  Seq.  These skills will be reinforced by a team of mentors, advisors, collaborators, and core resources available at the  University  of  Pittsburgh.  The  primary  mentor,  Dr.  Arohan  Subramanya,  is  an  established  NIH  R01-­funded  physician-­scientist  with  13  years  of  experience  in  WNK  signaling  biology  and  prior  experience  mentoring  over  20  trainees.  The  co-­mentor,  Dr.  Tom  Kleyman,  is  an  internationally  recognized  physician  scientist  who  directs  the Pittsburgh Center for Kidney Research, and has mentored nine career development awardees and five R01  recipients  within  the  last  10  years.  In  addition,  an  advisory  committee  of  accomplished  investigators  with  expertise  in  hypertension,  WNK-­SPAK  signaling,  and  renal  tubular  transport  will  monitor  Dr.  Boyd-­Shiwarski’s  progress through biannual meetings. Dr. Boyd-­Shiwarski will use this proposal to accomplish her short-­term goal  of scientific independence and her long-­term goal of becoming a tenure track physician-­scientist with expertise  in potassium homeostasis, hypertension, and CKD. The results from this proposal will form the basis for an R01  studying the translational role of KS-­WNK1-­dependent WNK bodies in human models of nephropathy.
项目摘要/摘要 钾[K+] - 缺乏饮食有助于全球高血压和慢性肾脏流行 疾病(CKD)。鉴于成本低廉和饮食习惯的易用性[K+],需要更多的研究才能理解 [K+]失衡如何导致这些疾病。肾脏处理[K+]的90%和远端曲折的小管 (DCT)通过WNK-spak(with-lysine/ste20/sps-1与丙氨酸 - 丙氨酸 - 丙氨酸 - 富含丙氨酸)充当[K+]传感器 蛋白激酶)途径。该途径的功能突变导致严重的高血压和 通过激活噻嗪类敏感的钠/氯化物共转运蛋白(NCC)来激活高钾血症。奇怪的是,饮食[K+] 耗竭或加载会导致WNK-Spak激酶组装成大型DCT特异性细胞质点, 在常规饮食中没有看到的小鼠。多年来,这些冷凝水的结构和功能, 我们称之为“ wnk尸体”,仍然是一个谜。博伊德·什瓦尔斯基(Boyd-Shiwarski)博士的最初工作已经确定这些DCT- 特定的点(i)取决于肾脏特异性(ks)-WNK1(ii)钾敏感的表达; (iii) 无膜;; (iv)与常规细胞器无关; (v)与WNK-Spak蛋白有关。 基于这些发现,我们假设WNK体是无膜微区域,可隔离 WNK-Spak途径在钾不平衡期间调节WNK信号传导。该假设将在 评估WNK身体形式的生理意义和生物学基础的两个目标。该提议的 基于生理学的AIM将为博伊德·什瓦尔斯基博士提供与动物模型合作的机会,(i) 实施离体显微镜技术,(ii)量化尿液,血清和血压的变化,以及(iii) 开发转基因小鼠模型。鉴于,该提案的基于生物学的部分将包括 (i)分子克隆,(ii)蛋白质生物化学以及(iii)质谱和RNA SEQ的实现。 这些技能将由导师,顾问,合作者和核心资源团队加强 匹兹堡大学。主要导师Arohan Subramanya博士是NIH R01资助 身体科学家拥有13年的WNK信号生物学经验和先前的心理经验 20名学员。联合学者汤姆·克莱曼(Tom Kleyman)博士是一位国际认可的物理科学家,他指导 匹兹堡肾脏研究中心,并指导了九名职业发展获奖者和五个R01 在过去10年中的接收者。此外,由 高血压,WNK-Spak信号和肾小管运输方面的专业知识将监测Boyd-Shiwarski博士 通过两年一次的会议进行。博伊德·什瓦尔斯基博士将使用此建议来实现她的短期目标 科学独立性以及她成为具有专业知识的任期医师科学家的长期目标 在钾稳态,高血压和CKD中。该提案的结果将构成R01的巴西斯 研究KS-WNK1依赖性WNK体在人类肾病模型中的翻译作用。

项目成果

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