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: 10063867
• 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/10063867
• 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/antagonist; 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.

摘要：远端肾单位上皮在其尿浓缩过程中获得了重要的功能。  肾发生后的成熟阶段。 我们将 KCTD1 确定为成熟和成熟的关键调节因子  远端肾单位粗升肢 (TAL) 和远端曲管 (DCT) 的功能。 KCTD1  缺乏会导致这些肾单位片段的成熟受损，并导致关键电解质转运蛋白的丧失，  导致早发性严重失盐性肾小管病和迟发性肾结核样囊肿  形成和肾脏纤维化。  从机制上讲，缺乏 KCTD1 会增加上皮细胞的表达  分化调节因子 DAPL1，我们认为它抑制细胞的成熟和终末分化  通过抑制 β-连环蛋白的表达来增加远端肾单位上皮细胞的β-连环蛋白信号活性  Wnt 抑制剂 SFRP1。 抑制缺乏 KCTD1 的小鼠 β-连环蛋白活性的增加可以防止  电解质转运蛋白，改善肾功能并减少纤维化和囊肿形成。  因此，KCTD1  通过抑制产后 β-连环蛋白激活来控制远端肾单位的成熟和功能。   在本提案中，我们的目标是定义 KCTD1 控制 DAPL1 表达的分子机制  和 Wnt/b-连环蛋白在远端肾单位上皮中的信号传导活性，从而影响分化和  该上皮的功能。  我们新的初步数据显示，小鼠 TAL/DCT 中的 AP-2a 增加  缺乏 KCTD1 是这些 TAL/DCT 中 Wnt/β-连环蛋白信号传导增加所必需的，并且缺乏 AP- 2a 可以挽救 KCTD1 缺陷引起的远端肾单位成熟缺陷。 根据这些发现，我们  假设 KCTD1 在 TAL/DCT 中充当转录因子 AP-2a 的抑制剂，从而诱导  DAPL1 的表达。 我们将测试这个假设并探索 AP-2a 如何控制 DAPL1 表达和  KCTD1 对远端肾单位成熟的功能是否由 AP-2a 和 DAPL1 介导。 而且，  我们将测试 DAPL1 是否通过抑制 TALs/DCTs 来刺激 Wnt/b-catenin 信号传导活性  SFRP1 的表达并定义 KCTD1/AP- 的分子调节和体内意义 2a/DAPL1/SFRP1 轴控制 Wnt/β-catenin 信号传导活性、远端成熟和功能  肾单位上皮。   该应用程序的科学前提是强大的，并且建立在广泛的初步数据、小鼠模型的基础上  已在我们的实验室中生成并验证，以及原代人类 TAL/DCT 细胞培养物  我们的初步研究已经清楚地确定了所提出的实验的可行性  数据。  拟议的实验预计将为分子机制提供基本的新见解  控制 TAL/DCT 的成熟和终末分化。  因此，该提案具有很高的  定义先前未探索的分子途径的翻译意义，该途径对于远端至关重要  肾单位功能，并可能为伴有 TAL/DCT 功能障碍的肾脏疾病提供新的治疗靶点。