Mechanisms controlling distal nephron maturation

点击翻译按钮获取中文摘要

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.