Nous avons précédemment rapporté que le diabète maternel altère la néphrogenèse chez la progéniture diabétique de notre modèle murin de diabète maternel. Notre analyse par puce à ADN réalisée sur les reins néonatals de ces descendants de grossesse diabétique a révélé que l'expression de la protéine interagissant avec hedgehog (Hhip) était significativement surexprimée par rapport au groupe contrôle. En tant qu'antagoniste de Sonic hedgehog (Shh) qui joue un rôle essentiel dans la différenciation cellulaire, la croissance et le modelage tissulaire pendant le développement des reins et la fibrose rénale, Hhip se lie à Shh et atténue sa bioactivité. Il a été rapporté que la protéine Hhip est principalement exprimée dans les cellules endothéliales vasculaires et les cellules adjacentes à celles exprimant Shh. Cependant, le rôle fonctionnel de l'expression de Hhip dans les reins en développement et matures est à peine connu. Nous avons tout d'abord établi le profil d'expression de Hhip dans les reins embryonnaires. Dans notre modèle murin de diabète maternel, nous avons observé que l'expression du gène Hhip est différemment surexprimée dans le mésenchyme métanéphrique différencié et l'épithélium du bourgeon urétérique de la progéniture. En utilisant des cellules mésenchymateuses métanéphriques en culture (cellules MK4), nous avons démontré que le D-glucose élevé (25 mM D-glucose) stimulait spécifiquement l'expression de Hhip de façon dépendante du temps, puis ciblait la signalisation TGFβ1. De plus, la surexpression de Hhip augmentait l'expression des gènes pro-apoptotiques [NF-kB (P50/p65) et p53] et inhibait l'expression des gènes prolifératifs (i.e. Shh, Pax2, N-myc et p27Kip1). Finalement, nous avons démontré que le diabète maternel qui altère le développement des reins pourrait jouer un rôle dans les interactions de la voie Hhip et TGFβ1-SMAD (Diabetologia 2014). Après la naissance, dans le rein normal non-diabétique, l'expression de Hhip est quiescente; une expression basale et limitée de Hhip (ARNm et protéine) est détectable dans les cellules endothéliales glomérulaires matures, les podocytes et les cellules épithéliales tubulaires rénales. Alors que les lésions des cellules épithéliales glomérulaires (GECs) et des podocytes sont la caractéristique de la lésion rénale précoce de la néphropathie diabétique (DN), nous avons examiné plus en détail le rôle de l'expression rénale de Hhip dans certains modèles de diabète murin—e.g. souris Akita, souris db/db et souris Hhip hétérozygote (Hhip +/−) rendus diabétiques avec de faibles doses de streptozotocine (LDSTZ). Nos données révèlent que l'hyperglycémie (ou un taux élevé de glucose in vitro) active l'expression du gène Hhip dans les cellules endothéliales glomérulaires et les podocytes. En particulier, l'hétérozygosité de Hhip protège l'intégrité glomérulaire avec moins de pertes de podocytes et améliore les paramètres rénaux [c.-à-d., une diminution du ratio albumine/créatinine urinaire (ACR, une caractéristique de l'apparition de la maladie rénale) et les caractéristiques de la DN (hypertrophie rénale, augmentation du taux de filtration glomérulaire, glomérulosclérose et fibrose)]. Prises dans leur ensemble, nos données suggèrent que l’augmentation de l'expression rénale de Hhip due aux concentrations élevées de glucose peut déclencher directement le processus d'apoptose et de fibrose des cellules endothéliales glomérulaires observé dans le diabète et qu’elle joue un rôle clé dans le développement et la progression de la DN (Sci. Report 2018). Mots-clés : Expression des gènes de Hhip, diabète maternel, néphrogenèse, néphropathie diabétique, dérivé réactif de l'oxygène / We previously reported that maternal diabetes impairs nephrogenesis in diabetic progeny in our maternal diabetes murine model. Our gene-array performed in neonatal kidneys of those affected offspring revealed that hedgehog interacting protein (Hhip) expression was significantly upregulated, as compared to the control group. As an antagonist of sonic hedgehog (Shh) which plays an essential role in cell differentiation, growth and tissue patterning during kidney development and kidney fibrosis, Hhip binds to Shh and attenuates its bioactivity. It is reported that Hhip is predominantly expressed in vascular endothelial cells and cells adjacent to those expressing Shh. However, the functional role of Hhip expression in the developing and mature kidney is barely known. We first established the expression pattern of Hhip in embryonic kidneys. We observed in our murine model of maternal diabetes that Hhip gene expression is differentially up-regulated in differentiated metanephric mesenchyme and ureteric bud epithelium of the offspring. Using cultured metanephric mesenchymal cells (MK4 cells), we demonstrated that high D-glucose (25 mM D-Glucose) specifically stimulated Hhip expression in a time-/dose-dependent manner, and then targeted TGFβ1 signaling. In addition, overexpression of Hhip increased the expression of pro-apoptotic genes [NF-kB (p50/p65) and p53] and inhibited the expression of proliferative genes (i.e., Shh, Pax2, N-myc, and p27kip1). Finally, we demonstrated that maternal diabetes impairing kidney development might mediate the interactions of Hhip and TGFβ1-Smad pathway (Diabetologia 2014). After birth, in normal non-diabetic state, Hhip expression is quiescent; a limited basal Hhip expression (mRNA and protein) is detectable in mature glomerular endothelial cells, podocytes and renal tubular epithelial cells. While glomerular epithelial cells (GECs) and podocyte injury is the hallmark of early renal injury in diabetic nephropathy (DN), we further examined the role of renal Hhip expression in murine diabetes models--e.g., Akita mice, db/db mice and heterozygous Hhip deficiency (Hhip+/−) mice rendered diabetic with low-dose streptozotocin (LDSTZ). Our data revealed that hyperglycemia (or high glucose in vitro) activates Hhip gene expression in glomerular endothelial cells and podocytes. In particular, Hhip heterozygosity protects glomerular integrity with less podocyte loss and improved renal outcomes [i.e., decreased urinary albumin/Creatinine (Cre) ratio (ACR, a hallmark of onset of kidney disease) and DN-features (renal hypertrophy, increased glomerular filtration rate, glomerulosclerosis and fibrosis)]. Taken together, our data suggest that high glucose-elevated renal Hhip expression may directly trigger the process of apoptosis and fibrosis in glomerular endothelial cells in diabetes and it plays a key role in the development and progression of DN (Sci. Report 2018). Keywords: Hhip gene expression, maternal diabetes, nephrogenesis, diabetic nephropathy, reactive oxygen species

Hhip (Hedgehog interacting protein), un antagoniste de la voie de signalisation Hegehog (Hh) a était devouverte comme un antagoniste des 3 ligands Hh, soit Sonic (Shh), Indian (Ihh) et Desert (Dhh). La protéines Hhip régularise la fonction cellulaire autant par voie (Hh) canonique que non-canonique. Elle est formée de 700 acides aminés et est fortement exprimée dans les tissus riches en cellules endothéliales, comme les reins et le pancréas. Toutefois, son rôle dans le fonctionnement des cellules bêta matures soit en condition de bonne santé ou de maladie comme dans des conditions d’obésité provoquée par une diète riche en gras ainsi que son role dans les maladies chronique du rein et la dysfonction rénale. Les souris en déficience de Hhip (Hhip-/-) ont une malformation des ilots pancréatiques (une diminution de 45% des ilots et de 40% de la prolifération des cellules beta) et un problème pulmonaire qui cause la mort post-natale. L’objectif de notre étude initiale était de démontrer le role de Hhip dans le pancréas, en utilisant un KO corporel entier en réponse à une diète riche en gras (HFD) et la dysfonction des cellules beta in vivo et ex vivo sur des souris hétérozygotes pour Hhip (Hhip+/-) et des souris contrôles (Hhip +/+) Suite à une HFD, toutefois, les souris mâles et femelles HFD-Hhip+/+ ont développé une intolérance sévère au glucose (IPGTT) et cette intolérance a été améliorée chez les souris HFD-Hhip+/-. Associé a cette intolérance, les males HFD-Hhip+/- démontraient une hyperinsulinémie et leur taux d’insuline plasmatique (phase 1 et 2), contrairement aux souris males HFD-Hhip+/+, augmentait de façon significative. Dans les îlots de souris Hhip+/+, l’augmentation de Hhip induite par une HFD a été observée principalement dans les cellules bêta mais aucunement dans les cellules alpha. Sans varier le nombre total d’îlots et la quantité de cellules bêta, les souris mâles HFD-Hhip+/+ avaient un nombre supérieur de gros îlots dans lesquels le taux d’insuline était diminué. La structure de ces îlots était désorganisée, démontrant une évidente invasion des cellules alpha au coeur des îlots bêta, le stress oxidatif (8-OHdG et NADPH oxidase 2 (Nox 2)) est aussi augmentée. En revanche, chez les souris mâles HFD-Hhip+/-, il a été possible d’observer une augmentation du nombre de petits îlots, de la prolifération des cellules bêta, et aussi de la sécrétion d’insuline stimulée par le glucose (GSIS), une amélioration du stress oxidatif et un maintien de l’intégrité des îlots ont été démontré. In vitro, la protéine recombinante Hhip (rHhip) a accentué le stress oxidatif (Nox2 et l’activité de NADPH oxidase 2) et a causé une diminution du nombre de cellules bêta ; par contre, le siRNA-Hhip augmente le GSIS et abolit la stimulation de l’expression du gène Nox2 induite par le palmitate de sodium (PA)-BSA. Grace a ces observations, il est démontré que les genes Hhip pancréatiques inhibe la sécrétion d’insuline en altérant la structure des ilots et en favorisant l’expression du gene Nox2 dans les ilots en réponse à la dysfonction des cellules beta suite a une diète riche en gras HFD. Le diabète engendre des risques élevés de complication tel que des problèmes chroniques des reins caractérisés par une perte graduelle des fonctions rénales. Cette situation a été récemment reliée au taux élevé d’obésité. On a aussi démontré dans notre modèle de diabète gestationnel que l’augmentation de Hhip causait des irrégularités durant la néphrogénèse des rejetons [127]. Ensuite, nos données récentes démontrent que, chez les souris adultes, l’hyperglycémie a provoqué une forte expression du gene Hhip rénales causant ainsi l’apoptose des cellules épithéliales des glomérules et la transition endothéliale à mésenchymateuse (EndoMT) - liée à fibrose rénale [128]. Dans l’étude présente, on a établi que la surexpression de Hhip dans les cellules des tubules proximaux rénaux contribuait au développement initial des problèmes chroniques des reins suite a une HFD de 14 semaines. Un gain de poids significatif a été observé chez les souris du groupe HFD comparativement aux groupes ND. Les souris du groupe HFD ont développé une intolérance au glucose mais sans changement apparent à la sensibilité à l’insuline ni à l’hypertension (pression arterielle) même si ces souris mâles avaient des légers dépôts du gras périrénal. Les fonctions rénales telle que mesurées par le taux de filtration glomérulaire restaient normales dans tous les groupes révélant ainsi que ces deux facteurs (HFD et surexpression de Hhip) n’avaient aucune influence sur l’hyperfiltration rénale. Néanmoins, la morphologie rénale a révélé que les souris du groupe HFD présentaient une lésion infraclinique et des signes de vacuolisation tubulaire et des lésions par rapport aux souris ND. Cette pathologie de lésion tubulaire et de vacuolisation était plus prononcée chez les souris transgéniques (Hhip-Tg) que chez les souris non-Tg, ce qui favorisait l'apoptose des cellules tubulaires bénignes et un stress oxydatif accru. En conclusion, l'obésité provoquée par l'HFD a eu des effets néfastes sur la tolérance au glucose et de légères modifications morphologiques des reins, caractérisées par la présence d'une néphrose osmotique, une augmentation du stress oxydatif rénal et une apoptose pouvant être induites par une augmentation de la FABP4 rénale. Cela a été exacerbé par la surexpression de Hhip dans les tubules rénaux proximaux. / Hedgehog interacting protein (Hhip), a signaling molecule in the Hedgehog Hh pathway, was originally discovered as a putative antagonist of all 3 secreted Hh ligands, i.e., Sonic (Shh), Indian (Ihh), and Desert (Dhh). Hhip regulates cell function via either canonical- or non-canonical Hh pathway. Hhip encodes a protein of 700 amino acids, and is abundantly expressed in vascular endothelial cell-rich tissues, including the pancreas, and kidneys. To date, less is known about Hhip’s expression pattern in mature islet cells, and its function under normal and/or disease conditions, such as diet induced-obesity, as well as its role in chronic kidney disease, and kidney dysfunction. Hhip null mice (Hhip-/-) display markedly impaired pancreatic islet formation (45% reduction of islet mass with a decrease of beta cell proliferation by 40%), however Hhip-/- mice die shortly after birth mainly due to lung defects. In our first study, we systemically studied the role of pancreatic Hhip expression by using a whole body knock out in response to 8 weeks high fat diet (HFD) insult, and HFD-mediated beta cell dysfunction in vivo, ex vivo and in vitro using heterozygous (Hhip+/-) vs. wild type (Hhip+/+) mice. Both HFD-fed Hhip+/+ male and female mice developed severe glucose intolerance (IPGTT), which was ameliorated in male and female HFD-Hhip+/- mice. Associated with this glucose intolerance, was hyperinsulinemia, which was observed only in HFD-fed male Hhip+/- mice. HFD-fed Hhip+/- mice had high levels of circulating plasma insulin in both insulin secretion phases compared to HFD fed Hhip+/+ mice. In the pancreas, Hhip expression was increased in the islets of HFD-Hhip+/+ mice, mainly co-localized in beta cells and none in alpha cells. While maintaining the total islet number, and beta cell mass, male HFD-Hhip+/+ mice had a higher number of larger islets, in which insulin content was reduced; islet architecture was disoriented, with evident invasion of alpha cells into the central core of beta cells; and an evident increase in oxidative stress markers (8-OHdG and NADPH oxidase 2 (Nox 2)). In contrast, male HFD-Hhip+/- mice had a higher number of smaller islets, with increased beta cell proliferation, pronounced glucose stimulated insulin secretion (GSIS), ameliorated oxidative stress and preserved islet integrity. In vitro, recombinant Hhip (rHhip) dose-dependently increased oxidative stress (Nox2 and NADPH activity), and decreased the number of insulin-positive beta cells, while siRNA-Hhip enhanced GSIS, and abolished the stimulation of sodium palmitate (PA)-BSA on Nox2 gene expression. We believe our data highlights a novel finding as to how pancreatic Hhip gene inhibits insulin secretion, by altering islet integrity, and promoting Nox2 gene expression in beta cells in response to HFD-mediated beta cell dysfunction. Diabetes presents high risk factors associated with complications such as chronic kidney disease (CKD) characterized by a gradual loss in kidney function. The increased incidence of diabetic related kidney complications has been recently correlated with increase rate of obesity. We recently established that impaired nephrogenesis in kidneys of offsprings of our murine model of maternal diabetes was associated with upregulation of Hhip gene expression [127]. Subsequently, our recent data also shows that hyperglycemia induced increased renal Hhip gene expression in adult murine kidneys leading to apoptosis of glomerular epithelial cells and endothelial to mesenchymal transition (Endo-MT) - related renal fibrosis [128]. In this current study, we demonstrated how Hhip overexpression in renal proximal tubular cells, contributes to early development of chronic kidney disease after 14 weeks of HFD. Mice in HFD-fed groups showed significantly greater weight gain as compared to mice in ND fed groups. IPGTT revealed that HFD fed mice also developed glucose intolerance, with no apparent changes in insulin sensitivity. HFD did not impact hypertension, even though we had a modest trend of increase in perirenal fat deposit in the HFD fed subgroups. Renal function as measured by the glomerular filtration rate was normal in all four subgroups, indicating that neither HFD, nor Hhip overexpression promoted renal hyperfiltration. Nonetheless, renal morphology revealed HFD kidneys had subclinical injury, presented signs of tubular vacuolization and damage compared to ND fed mice. This pathology of tubular damage and vacuolization was more pronounced in HFD-fed transgenic (Hhip-Tg) mice compared to non-Tg mice, and this promoted mild tubular cell apoptosis and enhanced oxidative stress. In conclusion, HFD feeding-induced obesity led to detrimental effects on glucose toleranc,e and mild morphological changes in kidneys, characterized by the presence of osmotic nephrosis, increased renal oxidative stress, and apoptosis which might be mediated by an increase in renal FABP4. This was exacerbated by the over-expression of Hhip in the renal proximal tubules.

Les données épidémiologiques indiquent que le diabète maternel est associé de manière significative aux anomalies congénitales des reins et des voies urinaires (CAKUT), ce qui implique un risque accru de CAKUT chez la progéniture des mères diabétiques par rapport à la population globale. Les causes de CAKUT sont multifactorielles, impliquant des facteurs génétiques et environnementaux. Le récepteur de l’angiotensine II de type 2 (AT2R) est l’un des gènes candidats impliqués dans le CAKUT humain et murin. Bien que de nombreuses études soutiennent l’influence des facteurs génétiques et environnementaux sur le développement rénal et la pathogenèse de CAKUT, les effets du gène AT2R et du milieu hyperglycémique in utero sur le développement rénal et les effets à long terme chez les enfants de mères diabétiques ne sont pas clairs. Cette thèse a pour objectif d'étudier l'influence de chaque facteur individuellement, ainsi que l'interaction entre ces deux facteurs. Premièrement, nous avons examiné si le déficit en AT2R (AT2RKO) altère la glomérulogenèse via la formation, la maturation et l'intégrité des podocytes. Nous avons observé que la glomérulogenèse était diminuée chez les embryons E15 AT2RKO, mais le nombre de néphrons ne présentaient aucune différence entre les nouveaux-nés AT2RKO et les souris de type sauvage. Les souris AT2RKO présentaient une dysplasie rénale avec un volume de touffes glomérulaires et un nombre de podocytes inférieurs à l’âge de trois semaines. Nos études ont démontré que la perte d’AT2R via l’augmentation de la génération des dérivés réactifs de l’oxygène (ROS) induite par la NADPH oxydase 4 (Nox4) stimulait l’interaction avec la protéine Hhip (‘Hedgehog interacting protein’), ce qui déclenchait en outre soit l’apoptose des podocytes par l’activation des voies de la caspase- 3 et de la p53, soit la transition épithéliale-mésenchymateuse des podocytes (EMT) par l’activation de la signalisation TGFβ1–Smad2/3. L'ARNm de Hhip glomérulaire était régulé positivement dans les biopsies rénales chez les patients atteints de glomérulosclérose segmentaire focale (FSGS). Les résultats suggèrent que le déficit en AT2R est associé à une perte ou un dysfonctionnement des podocytes et est dû, au moins en partie, à une expression accrue de Hhip ectopique dans les podocytes. Deuxièmement, nous avons cherché à établir les mécanismes sous-jacents par lesquels un milieu hyperglycémique in utero et un régime riche en graisses (HFD) après le sevrage accélèrent la programmation périnatale des lésions rénales. Nous avons observé que la progéniture des mères atteintes de diabète sévère avait un phénotype de restriction de croissance intra-utérine (IUGR) et avait développé une hypertension légère et des signes d'atteinte rénale à l'âge adulte. De plus, la progéniture nourrie avec une HFD post-sevrage présentait un rattrapage rapide de la croissance puis des lésions rénales associées à une augmentation de l’expression rénale de TGFβ1 et du collagène de type IV, à la production de ROS et à une accumulation de lipides rénaux, mais sans hypertension systémique. Des études in vitro ont démontré que le HFD ou les acides gras libres accéléraient le processus de programmation périnatale des lésions rénales, via une expression accrue de CD36 et de la protéine de liaison aux acides gras (Fabp4) qui cible les ROS, le facteur nucléaire-kappa B et le TGFβ1. Ces résultats indiquent que l'exposition précoce à l'HFD chez les enfants de mères diabétiques ayant subi une IUGR augmente le risque d'apparition de lésions rénales à l’âge adulte, mais pas d'hypertension. En résumé, AT2R joue un rôle essentiel dans la glomérulogenèse et influence l'intégrité et la fonction du podocyte via des altérations de l'expression de Hhip. En outre, les enfants de mères diabétiques ont un risque accru d'hypertension et de lésions rénales; la surnutrition postnatale accélère les lésions rénales chez ces enfants. Bien que le gène AT2R et le milieu hyperglycémique in utero aient tous les deux un impact sur le développement du rein et sur les maladies rénales ultérieures, l'interaction entre ces deux facteurs doit encore faire l'objet d'études supplémentaires. / Epidemiologic data indicate that maternal diabetes significantly associates with congenital anomalies of the kidney and urinary tract (CAKUT), which implies an increased chance of CAKUT in the offspring of mothers with diabetes compared to the general population. The causes of CAKUT are multifactorial, involving genetic and environmental factors. The angiotensin II receptor type 2 (AT2R) is one of the candidate genes to be implicated in both human and murine CAKUT. Although numerous studies support the influence of genetic and environmental factors on kidney development and the pathogenesis of CAKUT, the impacts of the AT2R gene and hyperglycemic milieu in utero on kidney development and long-term outcomes in the offspring of diabetic mothers remain unclear. This thesis aims to investigate the influence of each factor individually, as well as their interaction. Firstly, we investigated whether AT2R deficiency (AT2R knock-out (KO)) impairs glomerulogenesis via podocytes formation, maturation and integrity. We observed that glomerulogenesis is decreased in AT2RKO embryos at embryonic day 15 (E15), but actual nephron numbers are no different between AT2RKO and wild-type newborn mice. AT2RKO mice exhibited renal dysplasia with lower glomerular tuft volume and reduced podocyte numbers at the age of three weeks. Our studies demonstrated that loss of AT2R via NADPH oxidase 4 (Nox4)-derived reactive oxygen species (ROS) generation stimulates ectopic hedgehog interacting protein (Hhip) expression, which further triggers either podocyte apoptosis by the activation of the caspase-3 and p53 pathways or podocyte epithelial–to– mesenchymal transition (EMT) by the activation of TGFβ1–Smad2/3 signaling. Glomerular Hhip mRNA is upregulated in kidney biopsies of patients with focal segmental glomerulosclerosis (FSGS). The results suggest that AT2R deficiency is associated with podocyte loss/dysfunction and is mediated, at least in part, via increased ectopic Hhip expression in podocytes. Secondly, we aimed to establish the underlying mechanisms by which a hyperglycemic milieu in utero and a post-weaning high-fat diet (HFD) accelerate the perinatal programming of kidney injury. We observed that the offspring of dams with severe maternal diabetes have an intrauterine growth restriction (IUGR) phenotype and develop mild hypertension and evidence of kidney injury in adulthood. Moreover, those offspring fed with a post-weaning HFD result in rapid catch-up growth and subsequent profound kidney injury associated with the augmentation of renal TGFβ1 and collagen type IV expression, increased production of ROS, and accumulation of renal lipids, but not systemic hypertension. In vitro studies demonstrated that HFD or free fatty acids accelerate the process of perinatal programming of kidney injury, via increased CD36 and fatty acid-binding protein 4 (Fabp4) expression, which targets ROS, nuclear factor-kappa B and TGFβ1 signaling. These results indicate that early postnatal exposure to HFD in IUGR offspring of diabetic dams increases the risk of later developing kidney injury, but not hypertension. In summary, AT2R plays an essential role in glomerulogenesis and influences the podocyte integrity and function via alterations of Hhip expression. In addition, the offspring of diabetic mothers have an increased risk of hypertension and kidney injury; postnatal overnutrition further accelerates kidney injury in those offspring. Although both AT2R and hyperglycemic milieu in utero have an impact on kidney development and later kidney diseases, the interaction between these two factors still needs further studies.