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

摘要：远端肾单位上皮在其尿浓缩过程中获得了基本的功能。 肾发生后的成熟期。我们确定KCTD 1是成熟的关键调节因子， 远端肾单位的粗升支（TAL）和远曲小管（DCT）的功能。kctd1 缺乏导致这些肾单位节段的成熟受损并丧失关键的电解质转运蛋白， 导致早发型严重盐丢失性肾小管病变和迟发型肾单位结核样囊肿 形成和肾纤维化。 从机制上讲，KCTD 1的缺乏增加了上皮细胞的表达， 分化调节因子DAPL 1，我们提出它抑制了成熟和终末分化的细胞， 通过抑制β-catenin的表达，增加β-catenin信号传导活性， Wnt抑制剂SFRP 1。在缺乏KCTD 1的小鼠中，抑制β-catenin活性的增加可以防止β-catenin的丢失。 电解质转运蛋白，改善肾功能，减少纤维化和囊肿形成。 因此，KCTD 1 通过抑制出生后β-catenin的激活来控制远端肾单位的成熟和功能。 在这个建议中，我们的目标是确定KCTD 1控制DAPL 1表达的分子机制 和Wnt/B β-catenin信号传导活性，从而影响远端肾单位上皮细胞的分化， 这是一种上皮细胞的功能。 我们新的初步数据显示，小鼠TAL/DCT中AP-2a表达的增加， 缺乏KCTD 1是这些TAL/DCT中Wnt/β-catenin信号传导增加所必需的，而缺乏AP-catenin信号传导是这些TAL/DCT中Wnt/β-catenin信号传导增加所必需的。 2a β 1可以挽救KCTD 1缺陷引起的远端肾单位成熟缺陷。基于这些发现，我们 假设KCTD 1在TAL/DCT中作为转录因子AP-2a β的抑制剂，其诱导 DAPL1的表达。我们将检验这一假设，并探讨AP-2a β如何控制DAPL1表达， KCTD 1在远端肾单位成熟中的作用是否由AP-2a β和DAPL 1介导。此外，委员会认为， 我们将测试DAPL 1是否通过抑制TALs/DCT中的Wnt/β-catenin信号通路来刺激Wnt/β-catenin信号通路活性。 SFRP 1的表达，并确定KCTD 1/AP-1的分子调控和体内意义， 2a β/DAPL1/SFRP 1轴在控制Wnt/β-catenin信号传导活性和远端成熟和功能中的作用 肾单位上皮 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， 已经在我们的实验室中生成和验证的，以及原代人TAL/DCT细胞培养物， 该系统的可行性，拟议的实验已经明确建立了我们的初步 数据 拟议的实验有望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 在定义以前未探索的分子途径中的翻译意义， 可能为TAL/DCT功能障碍的肾脏疾病提供新的治疗靶点。

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.