Mechanisms controlling distal nephron maturation

总结： 肾脏的远端肾单位对尿液浓缩和电解质稳态具有重要功能。 远端肾单位特定节段的缺陷可引起各种肾脏疾病，如作为盐丢失 以不能浓缩尿液为特征的肾小管病。所有的肾单位都是在小鼠体内形成的 但远端肾单位的全部功能只有在随后的移植后才能实现。 成熟期，在此期间远端肾单位经历显著的生长和功能变化。 的 远端肾单位的成熟在很大程度上尚未研究，并且不知道是哪些分子和细胞 驱动远端肾单位成熟的机制。 在这里，我们将研究分子机制， 协调远端肾单位的成熟。 我们已经鉴定了含有BTB-100结构域的核蛋白KCTD 1，一种转录抑制因子， 远端肾单位成熟的重要调节因子，其在肾脏中的功能以前未知。我们 发现KCTD 1仅在肾脏的远端肾单位上皮中表达，并表明其缺乏 损害Henle升支和远曲小管的成熟和功能， 在一个早期发病的盐溶性肾小管病变，减少浓缩尿液的能力。 未成熟的小管 进行性扩张并形成扩大的囊肿，这些变化导致晚发性肾纤维化和肾功能衰竭。 失败在远端肾单位成熟阶段，KCTD 1的诱导性失活导致这些远端小管 缺陷，但当KCTD 1在完全成熟的肾脏中失活时则不然。 重要的是，我们发现了 发生类似于KCTD 1缺失小鼠中发现的肾脏异常的患者中的KCTD 1突变， 建立KCTD 1与人肾功能的临床相关性。机械地，我们表明， KCTD 1导致出生后核蛋白DAPL 1的去抑制，这在KCTD的表现之前。 远端肾单位成熟缺陷，并与Wnt/平面细胞极性蛋白Dv 12的丢失有关， 增加经典Wnt/β-catenin信号传导。此外，我们表明DAPL 1调节原发性人类远端 肾单位上皮细胞分化。 在这里，我们将研究KCTD 1和 DAPL 1调节远端肾单位的成熟。 我们提出的实验是高度创新的， 重要的临床意义，因为他们的目标是揭示远端所需的基本新机制， 肾单位成熟，并在几种肾脏疾病中受损。 此外，我们将研究如何 远端肾单位成熟缺陷影响迟发性慢性肾病--肾样病变和囊性肾 疾病这项应用的科学前提是强有力的，并建立在广泛的初步数据，小鼠 模型已经建立在我们的实验室，和原代人TAL/DCT细胞培养系统 为此，已明确确立了所提议的实验的可行性。

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.