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

点击翻译按钮获取中文摘要

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.