The role of CD2AP-interacting proteins in the pathogenesis of focal segmental glomerulosclerosis - an in vivo screening approach
Final Report Abstract
Glomeruläre Erkrankungen gehören zu den häufigsten Ursachen der terminalen Niereninsuffizienz. Die Podozyten, spezialisierte Epithelzellen im Glomerulus, sind entscheidend an der Funktion des glomerulären Filters beteiligt. Der Funktionsverlust dieser Zellen führt zu Proteinurie und letztendlich zur terminalen Niereninsuffizienz. Die fokalsegmentale Glomerulosklerose (FSGS) ist die häufigste Ursache für ein idiopathisches nephrotisches Syndrom. Bei der Mehrheit der Fälle sind die zugrundeliegenden Pathomechanismen nicht geklärt. Ziel dieser Studie war es durch next-generation DNA-Sequencing neue Genvarianten zu finden, die mit FSGS assoziiert sind. In einem zweiten Schritt sollte die biologische Relevanz der identifizierten Gene für die Podozytenfunktion durch ein neues in vivo-Screeningverfahren getestet werden. Es wurden 214 Patienten mit durch Biopsie nachgewiesener FSGS sequenziert und mit einer Kontrollkohorte von 378 Individuen verglichen. Durch die moderate Zahl von Patienten mit bioptisch nachgewiesener FSGS für die genetisch vergleichbare Kontrollen verfügbar waren, mussten wir neue analytische Strategien zur statistischen Auswertung der Ergebnisse entwickeln. So konnten wir letztlich neun Kandidatengene identifizieren, von denen sechs bislang nicht mit FSGS in Verbindung gebracht wurden. Um die biologische Relevanz dieser Ergebnisse zu klären entwickelten wir ein effizientes in vivo-Validierungsverfahren. Hierbei wurden shRNAs gegen die jeweiligen Kandidatengene podozyten-spezifisch und induzierbar in Mäusen exprimiert. Zudem wiesen diese Mäuse einen genetischen Hintergrund auf, der besonders anfällig für die Entwicklung der FSGS ist (heterozygot für Cd2ap und Synpo-Knockout-Allele). Die shRNA-Expression wurde durch Doxyzyklin induziert und durch Knockdown von 4 von 6 getesteten FSGS-Genen konnten Proteinurie, histologische und elektronenmikroskopische Veränderungen in vivo induziert werden (Arhgef17, Kank1, Kank2, Wnk4), was für die Bedeutung dieser Gene bei der Entstehung der FSGS spricht. Knockdown von Kat2b und Dlg5 zeigte in unserem Screeningssystem keine Effekte auf Podozytenfunktion oder -struktur. Interessanterweise sind 3 der 4 validierten Gene mit dem Aktinzytoskelett assoziiert, was die Bedeutung dieser Struktur für die Aufrechterhaltung der Podozytenfunktion unterstreicht. Zusammengefasst zeigt unsere Studie, dass bestimmte genetische Veränderungen zu einer erhöhten Vulnerabilität für Podozytenschädigung beim Menschen führen und damit zur Pathogenese der FSGS beitragen könnten. Wir entwickelten ein innovatives Screening-Verfahren, um die Bedeutung von identifizierten Genen auf schnelle und effiziente Weise in Mäusen zu testen.
Publications
- A role for genetic susceptibility in sporadic focal segmental glomerulosclerosis. J. Clin. Invest. 126: 1067–1078, 2016
Yu H, Artomov M, Brähler S, Stander MC, Shamsan G, Sampson MG, White JM, Kretzler M, Miner JH, Jain S, Winkler CA, Mitra RD, Kopp JB, Daly MJ, Shaw AS
(See online at https://doi.org/10.1172/JCI82592) - Intravital and Kidney Slice Imaging of Podocyte Membrane Dynamics. J. Am. Soc. Nephrol. JASN November 2016, 27 (11) 3285-3290
Brähler S, Yu H, Suleiman H, Krishnan GM, Saunders BT, Kopp JB, Miner JH, Zinselmeyer BH, Shaw AS
(See online at https://doi.org/10.1681/ASN.2015121303)
