Functional characterization of a novel key regulator of the distal nephron whose deficiency leads to renal fibrosis and cyst formation

远端肾单位新型关键调节因子的功能特征，其缺陷导致肾纤维化和囊肿形成

• 批准号: 10306331
• 负责人: Alexander Georg Marneros
• 金额: $ 34.99万
• 依托单位: MASSACHUSETTS GENERAL HOSPITAL
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2018-12-17 至 2023-11-30
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/10306331
• 关键词: Adult; Affect; Alleles; Antibodies; Attenuated; Cell Culture System; Cells; Cyst; Cystic Kidney Diseases; Cystic kidney; Data; Defect; Distal; Distal convoluted renal tubule structure; Electrolytes; Epithelial; Fibrosis; Functional disorder; Genes; Genetic; Human; Impairment; In Vitro; Kidney; Kidney Diseases; Laboratories; Lead; Limb structure; Mediating; Molecular; Mus; Nephronophthisis; Nephrons; Pathogenesis; Pathway interactions; Pattern; Phase; Regulation; Renal function; Reporter; Role; Signal Transduction; Sodium Chloride; Supplementation; Testing; Thick; base; beta catenin; clinically significant; early onset; experimental study; improved; in vivo; inhibitor; insight; kidney fibrosis; knock-down; mouse model; nephrogenesis; new therapeutic target; novel; overexpression; postnatal; prevent; spatiotemporal; therapeutic target; transcription factor; urinary

SUMMARY:  The  distal  nephron  epithelium  acquires  essential  functions  for  urinary  concentration  during  its  maturation phase following nephrogenesis. We identified KCTD1 as a critical regulator of the maturation and  function of the thick ascending limb (TAL) and the distal convoluted tubule (DCT) of the distal nephron. KCTD1  deficiency  leads  to  impaired  maturation  of  these  nephron  segments  with  loss  of  key  electrolyte  transporters,  resulting  in  an  early-­onset  severe  salt-­losing  tubulopathy  and  a  delayed-­onset  nephronophthisis-­like  cyst  formation  and  kidney  fibrosis.  Mechanistically,  lack  of  KCTD1  increases  expression  of  the  epithelial  differentiation  regulator  DAPL1,  which  we  propose  suppresses  maturation  and  terminal  differentiation  of  the  distal  nephron  epithelium  by  increasing  β-­catenin  signaling  activity  through  inhibition  of  the  expression  of  the  Wnt inhibitor SFRP1. Inhibiting the increase in β-­catenin activity in mice lacking KCTD1 prevented the loss of  electrolyte  transporters,  improved  kidney  function  and  attenuated  fibrosis  and  cyst  formation.  Thus,  KCTD1  controls distal nephron maturation and function by suppressing postnatal β-­catenin activation.   In this proposal we aim to define the molecular mechanisms through which KCTD1 controls DAPL1 expression  and Wnt/b-­catenin signaling activity in the distal nephron epithelium and thereby affects the differentiation and  function  of  this  epithelium.  Our  new  preliminary  data  show  that  increased  AP-­2a  in  the  TALs/DCTs  of  mice  lacking KCTD1 is required for the increase in Wnt/β-­catenin signaling in these TALs/DCTs and that lack of AP-­ 2a can rescue the distal nephron maturation defects caused by KCTD1 deficiency. Based on these findings we  hypothesize that KCTD1 acts in the TALs/DCTs as an inhibitor of the transcription factor AP-­2a, which induces  the expression of DAPL1. We will test this hypothesis and explore how AP-­2a controls DAPL1 expression and  whether the functions of KCTD1 for distal nephron maturation are mediated by AP-­2a and DAPL1. Moreover,  we  will  test  whether  DAPL1  stimulates  Wnt/b-­catenin  signaling  activity  in  the  TALs/DCTs  by  inhibiting  the  expression  of  SFRP1  and  define  the  molecular  regulation  and  in  vivo  significance  of  a  KCTD1/AP-­ 2a/DAPL1/SFRP1 axis in controlling Wnt/β-­catenin signaling activity and maturation and function of the distal  nephron epithelium.   The scientific premise for this application is strong and builds on extensive preliminary data, mouse models  that  have  already  been  generated  and  verified  in  our  laboratory,  and a  primary  human  TAL/DCT  cell  culture  system  for  which  the  feasibility  of  the  proposed  experiments  has  been  clearly  established  by  our  preliminary  data.  The proposed experiments are expected to provide fundamental new insights into molecular mechanisms  that  control  the  maturation  and  terminal  differentiation  of  the  TALs/DCTs.  Thus,  this  proposal  has  high  translational  significance  in  defining  a  previously  unexplored  molecular  pathway  that  is  critical  for  distal  nephron function and may provide novel therapeutic targets for kidney diseases with TAL/DCT dysfunction.

综述：肾远端肾小管上皮细胞在发育过程中为尿液中尿液浓度的升高而获得必要的功能。 成熟期是在肾脏发生之后的一个阶段。我们已经确定KCTD1是促进成熟期和成熟期的关键调控因子。 升肢粗大(TAL)和肾小管远端卷曲(DCT)的功能。 缺铁导致这些关键的肾脏细胞段的成熟功能受损，并导致关键的肾脏电解质和转运蛋白的丧失。 结果导致早发、重度缺盐肾小管病，以及延迟起病的肾炎样肾小管囊肿。 形成和促进肾脏纤维化。从机制上讲，KCTD 1的缺乏增加了肾上皮细胞的表达。 分化调节因子DAPL1，我们可以提出并抑制细胞的成熟度和终末分化速度。 远端肾小管上皮细胞通过增加β--连环蛋白的信号转导活性，通过抑制的主要表达途径发挥作用。 WNT-β抑制剂SFRP1.通过抑制缺乏KCTD的小鼠体内-连环蛋白活性的增加，防止了的进一步丢失。 电解质和转运蛋白，改善了肾脏的功能，减轻了肾脏纤维化和囊性病变的形成。因此，KCTD 1。 通过抑制出生后β-连环蛋白的激活来控制远端肾单位的成熟和功能。 在这项新的提案中，我们的目标是进一步定义KCTD1控制DAPL1基因表达的主要分子调控机制。 而Wnt/b-连环蛋白信号通路在远端肾小管上皮细胞中的活性增强，从而影响细胞的分化和分化。 我们最新的初步研究数据显示，小鼠外周血中AP-2a的表达增加。 缺乏KCTD1I是解决这些TALT/DCT中的WNT/DCT1-连环蛋白和信令的增加所必需的，并且也是缺乏AAP-的所必需的。 2A可以挽救因KCTD1DNA缺乏而导致的远端肾单位成熟和缺陷。根据这些发现，我们可以。 假设KCTD 1在TALS/DCT中起作用，是转录调节因子AP-2a的主要抑制因子，它可以诱导。 我们将检验这一假设，并探索AP-2a如何控制DAPL1的表达。 KCTD 1在远端肾单位成熟过程中的功能是否受AP-2a和DAPL1的调节。 我们还将测试DAPL1是否通过抑制-连环蛋白来刺激TALS/DCT中的信号转导活性。 SfRP1基因的表达决定了KCTD1/AP-1在体内的分子调控机制及其意义。 /DAPL1/SFRP1a轴参与调控WnT/β-连环蛋白信号转导系统的活性、成熟度和远端的功能。 肾小管上皮细胞。 建立这一应用研究的最科学的前提是有强大的理论基础，并建立在广泛的科学初步数据和鼠标模型的基础上。 这些技术已经在我们的实验室中进行了初步的培养和验证，建立了人类TAL/DCT的原代细胞培养系统。 我们的初步工作已经明确建立了一个制度，以证明我们提出的新的实验计划的可行性。 数据。我们预计，这些拟议的实验将为我们提供对分子生物学机制的根本和新的见解。 这将控制TALS/DCT的最终成熟期和终末期分化速度。因此，这项新的提议已经很高了。 翻译的意义在于，它定义了一种以前未被探索的分子生物学途径，即它是远端细胞的关键基因。 肾单位功能障碍可能还会为伴有TAL/DCT功能障碍的肾脏疾病提供新的治疗靶点。