L’étude des formes familiales de syndrome néphrotique (SN) ou de protéinurie glomérulaire avec lésions histologiques de hyalinose segmentaire et focale (HSF) a permis d’incriminer plus d’une vingtaine de gènes, majoritairement exprimés par le podocyte, cellule principale de la barrière de filtration glomérulaire (BFG). Parmi ces gènes, près d’une dizaine code des régulateurs du cytosquelette d’actine démontrant ainsi le rôle central de la plasticité et de l’architecture du podocyte dans le fonctionnement du filtre glomérulaire. L’ensemble de ces travaux a permis de définir une nouvelle catégorie de maladies nommées podocytopathies héréditaires. Mon projet de thèse a porté sur la caractérisation de plusieurs gènes (TTC21B, WDR73, TRIM3), dont nous avons identifié des mutations dans des cas de podocytopathies héréditaires isolées ou syndromiques. Les résultats du premier volet de ma thèse ont montré que la mutation faux sens p.P209L dans le gène TTC21B induit à l’état homozygote une nouvelle entité clinique associant à la fois une atteinte glomérulaire et une atteinte tubulaire. TTC21B code l’IFT139 (intraflagellar transport protein 139), une protéine impliquée dans le transport protéique antérograde dans le cil primaire, un organite présent à la surface de la plupart des cellules épithéliales. Ces résultats étaient inattendus car l’identification de mutations dans un gène codant une protéine ciliaire n’avait jamais été démontrée auparavant dans des cas de podocytopathies héréditaires, et surtout, il ne semblait pas exister de cil primaire à la surface des podocytes matures. Effectivement, nous avons montré que le cil primaire est présent dans les podocytes humains indifférenciés, mais disparait au cours de la différenciation. Nos résultats ont permis de comprendre l’apparente contradiction entre la survenue d’une pathologie glomérulaire relativement tardive (protéinurie et SN à l’adolescence) et l’absence de cil dans le podocyte mature. En effet, nous avons montré que la mutation p.P209L est une mutation hypomorphe qui induit des défauts mineurs dans la fonction ciliaire, alors qu’elle provoque, dans le podocyte différencié, une déstructuration importante du réseau d’actine et de microtubules du podocyte. Cette étude montre que la protéine ciliaire IFT139, par sa fonction extra-ciliaire, permet de réguler la dynamique des microtubules. Dans le deuxième volet de mon projet, en collaboration avec l’équipe de D Bonneau (Angers), nous avons identifié des mutations tronquantes dans le gène WDR73, dans deux familles non apparentées présentant un syndrome de Galloway-Mowat (SGM), pathologie de transmission autosomique récessive, très hétérogène cliniquement, associant SN et microcéphalie. Ces travaux ont permis d’identifier le premier gène impliqué dans le SGM, dans un sous-groupe de patients présentant un phénotype neurologique très homogène (microcéphalie post-natale, atrophie corticale avec atrophie cérébelleuse majeure, déficience intellectuelle très sévère), alors que l’atteinte glomérulaire est très variable. Ce gène code WDR73, une protéine à motifs WD40. Nos travaux ont montré que la protéine est exprimée dans les neurones du système nerveux central, en particulier dans les cellules de Purkinje du cervelet et dans les podocytes. Des études fonctionnelles nous ont permis de montrer que WDR73 est impliquée dans la survie cellulaire, puisqu’en son absence, une apoptose accrue est observée dans les fibroblastes de patients. De plus, elle est également nécessaire au maintien de la dynamique des microtubules dans les fibroblastes et dans les podocytes différenciés, alors qu’elle ne semble pas avoir de rôle dans la régulation de l’actine. (...) / The genetic study of familial forms of nephrotic syndrome or proteinuria with focal segmental glomerulosclerosis has permitted the identification of 30 causal genes, mainly expressed in the podocyte, which is the principal actor of the glomerular filtration barrier (GFB). Among those genes, approximately ten encode actin cytoskeleton regulators and components, thus highlighting the dramatic role of the podocyte architecture and plasticity in the function of the GFB. During the last decade, all the accumulating results, has made a new category of disease called hereditary podocytopathies. The aim of my thesis project was to characterize the effect of mutations in three candidate genes (TTC21B, WDR73, WDR73), identified by whole exome sequencing in isolated or syndromic podocytopathies. In the first part of my project, we found a homozygous missense mutation (p.P209L) in TTC21B, which encodes a ciliary gene named Intraflagellar transport protein IFT139. This protein ensures the trafficking of components from the tip to the base of the primary cilium, which is an organelle present on most mammalian epithelial cells. These results were unexpected because until now, the existence of the primary cilium was unknown. Our work demonstrates the presence of the primary cilium in the human immature podocyte that disappears once podocytes have differentiated. We also showed that IFT139 localized at the basal body and then relocalized along the complex microtubule network of differenciated cells. We showed that the hypomorphic mutation p.P209L causes minor ciliary defects in undifferentiated cells that are not responsible for the glomerular phenotype. Indeed, the glomerular lesions are rather due to drastic damage in actin and, microtubular dysregulation, found in differentiated podocytes. The second part of my thesis aimed to characterize the effects of truncating mutations identified in the WDR73 gene, found in two families. WDR73 is the first gene identified in Galloway Mowat syndrome by whole exome sequencing combined with homozygous mapping. This rare disease is defined by the association of microcephaly with nephrotic syndrome. In this study, the phenotypes of patients with WDR73 mutations are homogenous concerning neurological features, and are heterogeneous with regards to the renal defects. Thus, WDR73 mutations are responsible for a subset of particular patients affected with Galloway-Mowat syndrome. The WDR73 gene encodes WDR73, a WD-40 containing protein of unknown function. Our studies demonstrated that this protein is expressed in both neurons and podocytes in human tissues. We demonstrated that in undifferentiated cells, WDR73 is weakly expressed in the cytosol, while strong expression and relocalization to the spindle pole, microtubule asters and in the cleavage furrow occur during mitosis. Patient fibroblasts and WDR73-depleted podocytes displayed defects in nuclear morphology, which was associated with a decrease in cell survival in patient fibroblasts. Furthermore, we showed that patient fibroblasts and differentiated WDR73-depleted podocytes harbored an atypical morphology associated with a disorganized microtubule network, suggesting microtubule polymerization defects. Our functional studies demonstrated that WDR73 is crucial in both cell survival and microtubule polymerization in neurons and podocytes. The final part of my PhD work focused on the characterization of a missense mutation in the TRIM3 gene R28W identified by whole exome sequencing in a non consanguineous family with autosomal dominant focal segmental glomerulosclerosis. TRIM3 encodes TRIM3, an E3 ubiquitin-ligase that plays a role in transferrin endosomal recycling, and in microtubule trafficking via KIF21B, one of its known partners. Interestingly, the polymorphism V801M in ACTN4 co-segrates with the disease. Furthermore, mutations in this gene were already incriminated in autosomal dominant cases of HSF. (...)

L’étude des formes familiales de syndrome néphrotique (SN) ou de protéinurie glomérulaire avec lésions histologiques de hyalinose segmentaire et focale (HSF) a permis d’incriminer plus d’une vingtaine de gènes, majoritairement exprimés par le podocyte, cellule principale de la barrière de filtration glomérulaire (BFG). Parmi ces gènes, près d’une dizaine code des régulateurs du cytosquelette d’actine démontrant ainsi le rôle central de la plasticité et de l’architecture du podocyte dans le fonctionnement du filtre glomérulaire. L’ensemble de ces travaux a permis de définir une nouvelle catégorie de maladies nommées podocytopathies héréditaires. Mon projet de thèse a porté sur la caractérisation de plusieurs gènes (TTC21B, WDR73, TRIM3), dont nous avons identifié des mutations dans des cas de podocytopathies héréditaires isolées ou syndromiques. Les résultats du premier volet de ma thèse ont montré que la mutation faux sens p.P209L dans le gène TTC21B induit à l’état homozygote une nouvelle entité clinique associant à la fois une atteinte glomérulaire et une atteinte tubulaire. TTC21B code l’IFT139 (intraflagellar transport protein 139), une protéine impliquée dans le transport protéique antérograde dans le cil primaire, un organite présent à la surface de la plupart des cellules épithéliales. Ces résultats étaient inattendus car l’identification de mutations dans un gène codant une protéine ciliaire n’avait jamais été démontrée auparavant dans des cas de podocytopathies héréditaires, et surtout, il ne semblait pas exister de cil primaire à la surface des podocytes matures. Effectivement, nous avons montré que le cil primaire est présent dans les podocytes humains indifférenciés, mais disparait au cours de la différenciation. Nos résultats ont permis de comprendre l’apparente contradiction entre la survenue d’une pathologie glomérulaire relativement tardive (protéinurie et SN à l’adolescence) et l’absence de cil dans le podocyte mature. En effet, nous avons montré que la mutation p.P209L est une mutation hypomorphe qui induit des défauts mineurs dans la fonction ciliaire, alors qu’elle provoque, dans le podocyte différencié, une déstructuration importante du réseau d’actine et de microtubules du podocyte. Cette étude montre que la protéine ciliaire IFT139, par sa fonction extra-ciliaire, permet de réguler la dynamique des microtubules. Dans le deuxième volet de mon projet, en collaboration avec l’équipe de D Bonneau (Angers), nous avons identifié des mutations tronquantes dans le gène WDR73, dans deux familles non apparentées présentant un syndrome de Galloway-Mowat (SGM), pathologie de transmission autosomique récessive, très hétérogène cliniquement, associant SN et microcéphalie. Ces travaux ont permis d’identifier le premier gène impliqué dans le SGM, dans un sous-groupe de patients présentant un phénotype neurologique très homogène (microcéphalie post-natale, atrophie corticale avec atrophie cérébelleuse majeure, déficience intellectuelle très sévère), alors que l’atteinte glomérulaire est très variable. Ce gène code WDR73, une protéine à motifs WD40. Nos travaux ont montré que la protéine est exprimée dans les neurones du système nerveux central, en particulier dans les cellules de Purkinje du cervelet et dans les podocytes. Des études fonctionnelles nous ont permis de montrer que WDR73 est impliquée dans la survie cellulaire, puisqu’en son absence, une apoptose accrue est observée dans les fibroblastes de patients. De plus, elle est également nécessaire au maintien de la dynamique des microtubules dans les fibroblastes et dans les podocytes différenciés, alors qu’elle ne semble pas avoir de rôle dans la régulation de l’actine. (...) / The genetic study of familial forms of nephrotic syndrome or proteinuria with focal segmental glomerulosclerosis has permitted the identification of 30 causal genes, mainly expressed in the podocyte, which is the principal actor of the glomerular filtration barrier (GFB). Among those genes, approximately ten encode actin cytoskeleton regulators and components, thus highlighting the dramatic role of the podocyte architecture and plasticity in the function of the GFB. During the last decade, all the accumulating results, has made a new category of disease called hereditary podocytopathies. The aim of my thesis project was to characterize the effect of mutations in three candidate genes (TTC21B, WDR73, WDR73), identified by whole exome sequencing in isolated or syndromic podocytopathies. In the first part of my project, we found a homozygous missense mutation (p.P209L) in TTC21B, which encodes a ciliary gene named Intraflagellar transport protein IFT139. This protein ensures the trafficking of components from the tip to the base of the primary cilium, which is an organelle present on most mammalian epithelial cells. These results were unexpected because until now, the existence of the primary cilium was unknown. Our work demonstrates the presence of the primary cilium in the human immature podocyte that disappears once podocytes have differentiated. We also showed that IFT139 localized at the basal body and then relocalized along the complex microtubule network of differenciated cells. We showed that the hypomorphic mutation p.P209L causes minor ciliary defects in undifferentiated cells that are not responsible for the glomerular phenotype. Indeed, the glomerular lesions are rather due to drastic damage in actin and, microtubular dysregulation, found in differentiated podocytes. The second part of my thesis aimed to characterize the effects of truncating mutations identified in the WDR73 gene, found in two families. WDR73 is the first gene identified in Galloway Mowat syndrome by whole exome sequencing combined with homozygous mapping. This rare disease is defined by the association of microcephaly with nephrotic syndrome. In this study, the phenotypes of patients with WDR73 mutations are homogenous concerning neurological features, and are heterogeneous with regards to the renal defects. Thus, WDR73 mutations are responsible for a subset of particular patients affected with Galloway-Mowat syndrome. The WDR73 gene encodes WDR73, a WD-40 containing protein of unknown function. Our studies demonstrated that this protein is expressed in both neurons and podocytes in human tissues. We demonstrated that in undifferentiated cells, WDR73 is weakly expressed in the cytosol, while strong expression and relocalization to the spindle pole, microtubule asters and in the cleavage furrow occur during mitosis. Patient fibroblasts and WDR73-depleted podocytes displayed defects in nuclear morphology, which was associated with a decrease in cell survival in patient fibroblasts. Furthermore, we showed that patient fibroblasts and differentiated WDR73-depleted podocytes harbored an atypical morphology associated with a disorganized microtubule network, suggesting microtubule polymerization defects. Our functional studies demonstrated that WDR73 is crucial in both cell survival and microtubule polymerization in neurons and podocytes. The final part of my PhD work focused on the characterization of a missense mutation in the TRIM3 gene R28W identified by whole exome sequencing in a non consanguineous family with autosomal dominant focal segmental glomerulosclerosis. TRIM3 encodes TRIM3, an E3 ubiquitin-ligase that plays a role in transferrin endosomal recycling, and in microtubule trafficking via KIF21B, one of its known partners. Interestingly, the polymorphism V801M in ACTN4 co-segrates with the disease. Furthermore, mutations in this gene were already incriminated in autosomal dominant cases of HSF. (...)

L’étude des formes familiales de syndrome néphrotique (SN) ou de protéinurie glomérulaire avec lésions histologiques de hyalinose segmentaire et focale (HSF) a permis d’incriminer plus d’une vingtaine de gènes, majoritairement exprimés par le podocyte, cellule principale de la barrière de filtration glomérulaire (BFG). Parmi ces gènes, près d’une dizaine code des régulateurs du cytosquelette d’actine démontrant ainsi le rôle central de la plasticité et de l’architecture du podocyte dans le fonctionnement du filtre glomérulaire. L’ensemble de ces travaux a permis de définir une nouvelle catégorie de maladies nommées podocytopathies héréditaires. Mon projet de thèse a porté sur la caractérisation de plusieurs gènes (TTC21B, WDR73, TRIM3), dont nous avons identifié des mutations dans des cas de podocytopathies héréditaires isolées ou syndromiques. Les résultats du premier volet de ma thèse ont montré que la mutation faux sens p.P209L dans le gène TTC21B induit à l’état homozygote une nouvelle entité clinique associant à la fois une atteinte glomérulaire et une atteinte tubulaire. TTC21B code l’IFT139 (intraflagellar transport protein 139), une protéine impliquée dans le transport protéique antérograde dans le cil primaire, un organite présent à la surface de la plupart des cellules épithéliales. Ces résultats étaient inattendus car l’identification de mutations dans un gène codant une protéine ciliaire n’avait jamais été démontrée auparavant dans des cas de podocytopathies héréditaires, et surtout, il ne semblait pas exister de cil primaire à la surface des podocytes matures. Effectivement, nous avons montré que le cil primaire est présent dans les podocytes humains indifférenciés, mais disparait au cours de la différenciation. Nos résultats ont permis de comprendre l’apparente contradiction entre la survenue d’une pathologie glomérulaire relativement tardive (protéinurie et SN à l’adolescence) et l’absence de cil dans le podocyte mature. En effet, nous avons montré que la mutation p.P209L est une mutation hypomorphe qui induit des défauts mineurs dans la fonction ciliaire, alors qu’elle provoque, dans le podocyte différencié, une déstructuration importante du réseau d’actine et de microtubules du podocyte. Cette étude montre que la protéine ciliaire IFT139, par sa fonction extra-ciliaire, permet de réguler la dynamique des microtubules. Dans le deuxième volet de mon projet, en collaboration avec l’équipe de D Bonneau (Angers), nous avons identifié des mutations tronquantes dans le gène WDR73, dans deux familles non apparentées présentant un syndrome de Galloway-Mowat (SGM), pathologie de transmission autosomique récessive, très hétérogène cliniquement, associant SN et microcéphalie. Ces travaux ont permis d’identifier le premier gène impliqué dans le SGM, dans un sous-groupe de patients présentant un phénotype neurologique très homogène (microcéphalie post-natale, atrophie corticale avec atrophie cérébelleuse majeure, déficience intellectuelle très sévère), alors que l’atteinte glomérulaire est très variable. Ce gène code WDR73, une protéine à motifs WD40. Nos travaux ont montré que la protéine est exprimée dans les neurones du système nerveux central, en particulier dans les cellules de Purkinje du cervelet et dans les podocytes. Des études fonctionnelles nous ont permis de montrer que WDR73 est impliquée dans la survie cellulaire, puisqu’en son absence, une apoptose accrue est observée dans les fibroblastes de patients. De plus, elle est également nécessaire au maintien de la dynamique des microtubules dans les fibroblastes et dans les podocytes différenciés, alors qu’elle ne semble pas avoir de rôle dans la régulation de l’actine. (...) / The genetic study of familial forms of nephrotic syndrome or proteinuria with focal segmental glomerulosclerosis has permitted the identification of 30 causal genes, mainly expressed in the podocyte, which is the principal actor of the glomerular filtration barrier (GFB). Among those genes, approximately ten encode actin cytoskeleton regulators and components, thus highlighting the dramatic role of the podocyte architecture and plasticity in the function of the GFB. During the last decade, all the accumulating results, has made a new category of disease called hereditary podocytopathies. The aim of my thesis project was to characterize the effect of mutations in three candidate genes (TTC21B, WDR73, WDR73), identified by whole exome sequencing in isolated or syndromic podocytopathies. In the first part of my project, we found a homozygous missense mutation (p.P209L) in TTC21B, which encodes a ciliary gene named Intraflagellar transport protein IFT139. This protein ensures the trafficking of components from the tip to the base of the primary cilium, which is an organelle present on most mammalian epithelial cells. These results were unexpected because until now, the existence of the primary cilium was unknown. Our work demonstrates the presence of the primary cilium in the human immature podocyte that disappears once podocytes have differentiated. We also showed that IFT139 localized at the basal body and then relocalized along the complex microtubule network of differenciated cells. We showed that the hypomorphic mutation p.P209L causes minor ciliary defects in undifferentiated cells that are not responsible for the glomerular phenotype. Indeed, the glomerular lesions are rather due to drastic damage in actin and, microtubular dysregulation, found in differentiated podocytes. The second part of my thesis aimed to characterize the effects of truncating mutations identified in the WDR73 gene, found in two families. WDR73 is the first gene identified in Galloway Mowat syndrome by whole exome sequencing combined with homozygous mapping. This rare disease is defined by the association of microcephaly with nephrotic syndrome. In this study, the phenotypes of patients with WDR73 mutations are homogenous concerning neurological features, and are heterogeneous with regards to the renal defects. Thus, WDR73 mutations are responsible for a subset of particular patients affected with Galloway-Mowat syndrome. The WDR73 gene encodes WDR73, a WD-40 containing protein of unknown function. Our studies demonstrated that this protein is expressed in both neurons and podocytes in human tissues. We demonstrated that in undifferentiated cells, WDR73 is weakly expressed in the cytosol, while strong expression and relocalization to the spindle pole, microtubule asters and in the cleavage furrow occur during mitosis. Patient fibroblasts and WDR73-depleted podocytes displayed defects in nuclear morphology, which was associated with a decrease in cell survival in patient fibroblasts. Furthermore, we showed that patient fibroblasts and differentiated WDR73-depleted podocytes harbored an atypical morphology associated with a disorganized microtubule network, suggesting microtubule polymerization defects. Our functional studies demonstrated that WDR73 is crucial in both cell survival and microtubule polymerization in neurons and podocytes. The final part of my PhD work focused on the characterization of a missense mutation in the TRIM3 gene R28W identified by whole exome sequencing in a non consanguineous family with autosomal dominant focal segmental glomerulosclerosis. TRIM3 encodes TRIM3, an E3 ubiquitin-ligase that plays a role in transferrin endosomal recycling, and in microtubule trafficking via KIF21B, one of its known partners. Interestingly, the polymorphism V801M in ACTN4 co-segrates with the disease. Furthermore, mutations in this gene were already incriminated in autosomal dominant cases of HSF. (...)