HNF1beta est un facteur de transcription exprimé pendant le développement rénal dans le bourgeon urétéral et les dérivés épithéliaux du blastème métanéphrique. Les mutations de HNF1B/MODY5 représentent l’une des anomalies génétiques les plus fréquentes à l’origine des CAKUT (Congenital Abnormalities of Kidney and Urinary Tract). Afin d’étudier le rôle de HNF1beta au cours du développement rénal, j’ai utilisé un système CRE-LoxP pour inactiver Hnf1b dans différents compartiments et à différents temps au cours de la morphogenèse rénale chez la souris. Mes résultats ont montré que Hnf1b est nécessaire pour l’expression de gènes clés exprimés dans le bourgeon urétéral, incluant Wnt9b, Emx2, Pax2 et Lhx1.Leur absence est à l’origine de la formation de reins rudimentaires, caractérisés par un branchement anormal du bourgeon urétéral et une absence de transition mésenchyme-épithélium. D’autre part, l’inactivation spécifique de Hnf1b dans le blastème métanéphrique n’affecte pas les premiers dérivés épithéliaux mais conduit à la formation de précurseurs néphroniques anormaux. En l’absence de HNF1beta, les corps en S ne développent pas une protubérance de cellules épithéliales, à l’origine des tubules proximaux et des anses de Henlé. Au niveau moléculaire, ces anomalies sont associées à une diminution de l’expression de Dll1, un ligand de Notch, qui est directement contrôlé par HNF1beta. Cette diminution conduit à une activation défectueuse de la voie Notch dans le futur compartiment tubulaire du corps en virgule et du corps en S. Des résultats préliminaires concernant une inactivation très chimérique de Hnf1b dans le mésenchyme ont montré que dans ce modèle, les néphrons se forment normalement mais que les tubules sont plus courts et partiellement kystiques. Mes résultats ont montré que les modèles murins d’inactivation conditionnelle de Hnf1b récapitulent la plupart des anomalies observées chez les patients MODY5. L’ensemble de mes résultats améliore notre compréhension du programme génétique contrôlé par Hnf1b au cours du développement dont les anomalies peuvent conduire aux CAKUT chez les patients / HNF1β is a transcription factor expressed during nephrogenesis in the ureteric bud and in the tubular epithelia derived from the metanephric mesenchyme. Mutations in HNF1B/MODY5 represent one of the most prevalent human genetic defects responsible for Congenital Abnormalities of Kidney and Urinary Tract (CAKUT). To investigate the role played by HNF1beta during kidney development, I made use of a CRE-LoxP strategy to inactivate Hnf1b in different compartments and at different time points during mouse kidney morphogenesis. My results showed that Hnf1b is required for the expression of several key genes including Wnt9b, Emx2, Pax2 and Lhx. These genes are normally expressed in the ureteric bud and their absence leads to the formation of rudimentary kidneys, characterized by abnormal ureteric bud branching and lack of mesenchymal to epithelial transition. On the other hand, the specific inactivation of Hnf1b in the metanephric mesenchyme does not affect the early steps of epithelisation but leads to severe malformation of nephron precursors. In the absence of HNF1β, S-Shaped bodies lack the formation of a bulge of epithelial cells that normally give rise to Henle’s loops and proximal tubules. At the molecular level, these defects are associated with a decreased expression of Dll1, a Notch ligand that is directly controlled by HNF1β. This downregulation leads to a defective activation of the Notch pathway in the prospective tubular compartment of comma and S-shaped bodies. Preliminary results using a highly chimeric inactivation of Hnf1b in the mesenchyme showed that the spotted absence of Hnf1b does not prevent nephrogenesis. However, tubules are shorter and partially cystic. My results showed that murine models for Hnf1b deficiency recapitulates many of the malformations described in MODY5 patients. All together, my results improved our understanding of the genetic program controlled by HNF1β during kidney development whose dysfunction may lead to CAKUT in patients

In der vorliegenden Arbeit wurden die spezifischen Merkmale des genotypischen und phäno-typischen Spektrums seltener HNF1ß-assoziierter Erkrankungen in einer regionalen Kohorte systematisch erhoben und analysiert. So wurden Genotyp-/Phänotyp-Assoziationen in der re-gionalen Kohorte mit den Ergebnissen bereits publizierter HNF1B-Kohorten verglichen. Die diagnostische Wertigkeit des klinischen HNF1ß-Scores nach Faguer et al. wurde retrospektiv validiert. Zudem wurde überprüft, ob sich anhand der Ergebnisse ein populationsspezifischer regionaler Hotspot nachvollziehen lässt. Die Kohorte bestand aus 17 Patienten (neun männlich, acht weiblich) aus neun Familien mit einem Durchschnittsalter von 39,2 Jahren (Bereich 1-92 Jahre). Die genetischen Befunde zur molekularen Diagnosestellung umfassten 47% missense-Varianten, 24% trunkierende (non-sense)-Varianten und 29% große Deletionen im HNF1B-Gen. Ein regionaler Hotspot geneti-scher Veränderungen beziehungsweise eine regionale Founder-Mutation konnten in der Untersuchung nicht nachgewiesen werden. Das phänotypische Spektrum HNF1ß-assoziierter Erkrankungen reichte von MODY-Typ-5-Diabetes mit kongenitaler Nierenanomalie (engl. - congenital anomalies of the kidney and urinary tract - CAKUT) (47%), isoliertem CAKUT (35%) bzw. ADTKD (engl. - autosomal dominant tubulointerstitial kidney disease) (12%), bis MODY-Typ-5 ohne Nierenerkrankung (6%). Weiterhin war eine hohe inter- und intrafamiliäre Heterogenität auffällig. Pathologische Befunde der Nierenmorphologie/-funktion zeigten 94% der Patienten, mit zystischen Verände-rungen in 69% der Fälle. Das mittlere Alter bei Auftreten von chronischem Nierenversagen (engl. – end stage renal disease - ESRD) lag bei 32,4 Jahren (Bereich 3-92 Jahre). Diabetes mellitus betraf 53% der Patienten, Elektrolytstörungen traten in Form von Hypomagnesiämie in 80% der untersuchten Fälle auf. Auffälligkeiten der Kognition und Psyche lagen in 35% der Fälle vor, signifikant war in der Kohorte zudem das gehäufte Auftreten von Frühgeburtlichkeit (29%) und geringem Geburtsgewicht (35%). Im Vergleich phänotypischer und genotypischer Merkmale waren pathologische Befunde in der Pankreasmorphologie bei Patienten mit missense-Varianten häufiger anzutreffen (50%) als bei Patienten mit trunkierenden (nonsense)-Varianten (25%) oder großen Deletionen (0%). Hingegen waren Patienten mit Deletionen häufiger von Auffälligkeiten der Psyche und Kogni-tion betroffen (60%) als Patienten mit intragenen Varianten (37,5%), was sich mit den Ergebnissen anderer Kohortenstudien deckt. Der HNF1B-Score nach Faguer et al. zeigte in retrospektiver Prüfung mit einer Sensitivität von 88,2% gegenüber der in der Originalpublikation angegeben Sensitivität von 98,2% eine deutlich eingeschränkte diagnostische Wertigkeit. Es wurde dargestellt, dass die Score-Merkmale MODY/Pankreas, erhöhte Lebertransaminasen, Hypomagnesiämie und renaler Phänotyp eine Altersprogredienz zeigen und den Score in der Sensitivität herabsetzen können. Mögliche Modifikationen, die eine verbesserte Sensitivität bedingen, könnten die verstärkte Gewichtung einzelner Score-Merkmale oder die Inklusion der Aspekte Frühgeburtlichkeit/geringes Ge-burtsgewicht, Hyperurikämie im Kindesalter sowie Befunde der Psyche und Kognition mit sich bringen. Diese Empfehlung gilt insbesondere bei fehlender Nierendiagnose und/oder fehlender Familienanamnese, um Patienten mit mildem renalem Phänotyp und de-novo-Varianten besser erfassen zu können. Obgleich die Kohortengröße die Aussagekraft der Studie einschränkt, konnte das Spektrum seltener HNF1ß-assoziierter Erkrankungen in einer regionalen Mehrgenerationenkohorte umfassend darge-stellt und analysiert werden. Für das verbesserte Verständnis der ausgeprägten intrafamiliären Heterogenität HNF1ß-assoziierter Erkrankungen werden zukünftige Untersuchungen auf epigeneti-sche und genetische Modifikatoren notwendig sein, um betroffenen Familien eine verbesserte Krankheitsprädiktion und letztlich auch zielgerichtete Therapieoptionen zu ermöglichen.:Abbildungsverzeichnis III Tabellenverzeichnis IV Abkürzungsverzeichnis V 1 Einführung 1 1.1 Transkriptionsfaktor HNF1ß 1 1.1.1 Keimbahnmutationen in HNF1B und Krankheitsmerkmale 3 1.2 Assoziierte Erkrankungen bei HNF1B-Keimbahnmutation 7 1.2.1 MODY und RCAD 7 1.2.2 CAKUT 8 1.2.3 ADTKD 8 1.3 Klinische und genetische Diagnose und HNF1B-Score 10 2 Fragestellung und Zielsetzung 12 3 Patienten und Methoden 13 3.1 Rekrutierung der Patientenkohorte 13 3.2 Genetische Testung und Befundinterpretation 14 3.3 Klinische Charakterisierung 16 3.3.1 Abfrage elektronischer Gesundheitsdaten (SAP) 16 3.3.2 Fragebogen für Patienten 16 3.3.3 Fragebogen für behandelnde Ärzte und Vorbehandler 16 4 Ergebnisse 17 4.1 Zusammensetzung der Kohorte 17 4.2 Genotypische Merkmale 17 4.2.1 Vererbung - dominant versus de-novo 20 4.3 Klinische Charakterisierung, Phänotypische Merkmale 21 4.4 Assoziationen zwischen Geno- und Phänotyp 27 4.4.1 Alter bei ESRD 27 4.4.2 Diabetes und Alter bei Erstdiagnose 28 4.4.3 BMI im Zusammenhang mit Diabetes 29 4.4.4 Psyche und Kognition 30 4.4.5 Frühgeburtlichkeit und geringes Geburtsgewicht 30 4.4.6 Arterielle Hypertonie und Alter bei Erstdiagnose 35 4.5 HNF1B-Score im retrospektiven Abgleich 36 5 Wissenschaftliche Diskussion 40 6 Zusammenfassung der Arbeit 53 7 Literaturverzeichnis 55 8 Anlagen 61 Anlage 1: Fragebogen für Patienten 61 Anlage 2: Fragebogen für behandelnde Ärzte 62 9 Eigenständigkeitserklärung 63 10 Danksagung 64

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HNF1β is a transcription factor expressed during nephrogenesis in the ureteric bud and in the tubular epithelia derived from the metanephric mesenchyme. Mutations in HNF1B/MODY5 represent one of the most prevalent human genetic defects responsible for Congenital Abnormalities of Kidney and Urinary Tract (CAKUT). To investigate the role played by HNF1beta during kidney development, I made use of a CRE-LoxP strategy to inactivate Hnf1b in different compartments and at different time points during mouse kidney morphogenesis. My results showed that Hnf1b is required for the expression of several key genes including Wnt9b, Emx2, Pax2 and Lhx. These genes are normally expressed in the ureteric bud and their absence leads to the formation of rudimentary kidneys, characterized by abnormal ureteric bud branching and lack of mesenchymal to epithelial transition. On the other hand, the specific inactivation of Hnf1b in the metanephric mesenchyme does not affect the early steps of epithelisation but leads to severe malformation of nephron precursors. In the absence of HNF1β, S-Shaped bodies lack the formation of a bulge of epithelial cells that normally give rise to Henle's loops and proximal tubules. At the molecular level, these defects are associated with a decreased expression of Dll1, a Notch ligand that is directly controlled by HNF1β. This downregulation leads to a defective activation of the Notch pathway in the prospective tubular compartment of comma and S-shaped bodies. Preliminary results using a highly chimeric inactivation of Hnf1b in the mesenchyme showed that the spotted absence of Hnf1b does not prevent nephrogenesis. However, tubules are shorter and partially cystic. My results showed that murine models for Hnf1b deficiency recapitulates many of the malformations described in MODY5 patients. All together, my results improved our understanding of the genetic program controlled by HNF1β during kidney development whose dysfunction may lead to CAKUT in patients