Although the etiology of diabetic nephropathy is still uncertain, proteinuria due to podocyte injury and loss (podocytopenia) are early features of the disease. Significant increases in thromboxane A2 (TXA2) production as well as expression of its receptor in animal models of diabetic nephropathy led to the hypothesis that TXA2 acting via its thromboxane-prostanoid (TP) receptor induces podocytopenia resulting in proteinuria. Systemic infusion of a TP antagonist demonstrated an important role of TXA2/TP signalling in our model of streptozotocin induced type-1 diabetic nephropathy by reducing kidney damage including proteinuria. Podocyte specific TP overexpressing mice did not demonstrate more pathologic or dynamic kidney damage than non-transgenic mice in STZ-induced diabetic nephropathy. Further assessment of the TP transgene functionality in this mice line is necessary to validate those results. Whereas the importance of TXA2/TP signalling is undeniable in diabetic nephropathy, it appears that podocyte TP receptors might not be directly targeted.

The incidence of chronic kidney disease (CKD) is increasing. CKD is characterized by a gradual decrease in renal function leading to end stage renal disease (ESRD). Damage to the glomerular podocytes, is one of the first hallmarks of CKD. We hypothesized that podocyte prostaglandin E2 (PGE2) receptors contribute to the progression of glomerular injury in models of CKD. To test this hypothesis, transgenic mice were generated with either podocyte-specific overexpression or deletion of the PGE2 EP4 receptor (EP4pod+and EP4pod-/- respectively). Mice were next tested in the 5/6 nephrectomy (5/6 Nx) or angiotensin II (Ang II) models of CKD. These studies revealed increased proteinuria and decreased survival for EP4pod+ mice while EP4pod-/- mice were protected against the development of glomerular injury. Furthermore, our findings were supported by in vitro studies using cultured mouse podocytes where an adhesion defect was uncovered for cells overexpressing the EP4 receptor. Additionally, our investigations have demonstrated a novel synergy between angiotensin II AT1 receptors and prostaglandin E2 EP4 receptors. This was revealed by in vitro studies using isolated mouse glomeruli. There we were able to show that Ang II stimulation leads to increased expression of cyclooxygenase 2 (COX-2), the enzyme responsible for synthesis of PGE2, in a p38 mitogen activated protein kinase (MAPK) dependent fashion. Moreover increased PGE2 synthesis was measured in response to Ang II stimulation. We confirmed the presence of this synergy in our cultured mouse podocytes and showed an adhesion defect in response to Ang II stimulation which was COX-2 and EP4 dependent. These findings suggest that Ang II AT1 receptors and PGE2 EP4 receptors act in concert to exacerbate glomerulopathies. Studies using mice with either podocyte-specific overexpression of a dominant negative p38 MAPK or mice with global deletion of the EP1 receptor did not provide conclusive results as to their respective signaling involvement in podocyte injury. Altogether our findings provide novel insight for podocyte PGE2 EP4 and Ang II AT1 receptor signaling in models of CKD. These studies provide novel avenues for pursuing therapeutic interventions for individuals with progressive kidney disease.

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京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第25000号 / 医博第5034号 / 新制||医||1070(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 長船 健二, 教授 尾野 亘, 教授 江藤 浩之 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

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京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第23805号 / 医博第4851号 / 新制||医||1058(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 長船 健二, 教授 寺田 智祐, 教授 稲垣 暢也 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

Le syndrome néphrotique idiopathique (SNI) est une néphropathie glomérulaire définie par une protéinurie massive associée à une hypoalbuminémie, sans lésions inflammatoires rénales, ni dépôts de complexes immuns circulants. Les travaux réalisés au cours de ma thèse concernent l’étude du rôle potentiel du gène c-mip dans la physiopathologie du SNI.Dans un premier temps, nous avons étudié la physiopathologie moléculaire de l’association maladie de Hodgkin et SNI. Nous avons démontré que cette association était liée à une forte induction de c-mip à la fois dans les cellules de Reed Sternberg (dont la présence signe le lymphome hodgkinien) et les podocytes qui sont des cellules spécialisées du glomérule rénal (Audard, et al. 2010). Nous avons montré que l’induction de c-mip résultait d’un défaut quantitatif et/ou qualitatif du gène Fyn, à la fois chez les patients et dans un modèle de souris déficiente en Fyn. Nous avons trouvé que c-mip était fortement induit dans les podocytes au cours du SNI ainsi que dans la glomérulopathie extramemenbraneuse (GEM). La surexpression de c-mip par transgénèse chez la souris déclenche une protéinurie néphrotique dont le mécanisme implique une rupture, médiée par c-mip, de la voie de signalisation de la néphrine (Science Signaling, 2010 co-auteur). L’étude de la néphrite de Heyman, le modèle expérimental de la GEM humaine, a permis de montrer que l’induction de c-mip coincidait avec l’apparition de la protéinurie et était associée à l’inhibition de l’activité RhoA, à une perte de la synaptopodine, à une diminution du VEGF tandis que l’expression de la DAPK (death-associated protein kinase) est fortement augmentée (Audard et al, manuscrit soumis 1). Nous avons recherché si l’hypogammaglobulinémie au cours du SNI était associée à des anomalies fonctionnelles des lymphocytes B (LB). Nous avons trouvé que c-mip interagit avec la sous unité régulatrice de la PI3 kinase et empêche la dissociation de la sous unité catalytique, p110, nécessaire à l’activation de la PI3 kinase. Enfin, l’expression de l’IL 21, une cytokine–clé secrétée par les lymphocytes T et intervenant dans la commutation isotypique, était fortement réduite dans le SNI (Audard et al, manuscrit en préparation 2). Ces résultats donnent un éclairage nouveau sur la physiopathologie moléculaire du SNI et suggèrent un rôle crucial de c-mip dans les anomalies lymphocytaires et podocytaires observées chez les patients / Idiopathic nephrotic syndrome comprises several podocyte diseases of unknown origin, affecting the glomerular podocyte, which plays a key role in controlling the permeability of the kidney filter to proteins. It is characterized by massive proteinuria and hypoalbuminemia, with no inflammatory lesions or cell infiltration. This works focused on the potential role of c-mip in the pathogenesis of INS. We showed that occurrence of minimal change nephrotic syndrome in the course of Hodgkin lymphoma (cHL-MCNS) is closely related to the induction of c-mip in both Hodgkin-Reed Sternberg cells and podocytes (Audard, et al. 2010), which is caused by a qualitative and/or quantitative defect in Fyn in both HRS and podocytes cells. We found that c-mip is upregulated in podocytes of patients with membranous nephropathy (MN). Transgenic mice overproducing c-mip in the podocytes developed heavy proteinuria without morphological alterations, inflammatory lesions or cell infiltrations. We showed that c-mip turned off podocyte proximal signaling by preventing the interaction between Fyn and nephrin, resulting in the inhibition of nephrin signaling pathway (Science signaling, 2010 coauthor). Moreover, the induction of c-mip in passive type Heymann nephritis (the experimental model of MN) was concomitant to proteinuria occurrence and is associated with reduction of RhoA activity, downregulation of synaptopodin and VEGF expression whereas DAPK expression is significantly increased (Audard et al manuscript submitted 1).We demonstrated that hypogammaglobulinemia, a common feature in INS patients, may result from a defect in B lymphocytes. We found that c-mip interacts with p85 regulatory subunit and prevent its dissociation from p110 catalytic subunit, resulting in inactivation of PI3 kinase. Finally, the expression of IL21, a key cytokine involved in class switching recombination, is repressed in active phases of INS, which may contribute for immunoglobulin disorders commonly observed in these patients (Audard et al manuscript in progress 2).Altogether, these results suggest that c-mip is a major player of lymphocyte and podocytes dysfunction observed in patients with INS

CD2AP is a member of the CD2AP/CIN85 family of adaptors and involved in several cellular processes, such as kidney podocyte development, actin mediated membrane trafficking and T cell activation. It contains three SH3 domains whose binding properties and interaction partners remain largely unexplored. The CD2AP SH3 interaction with the novel partner Rab5-activating GEF RIN3 was studied extensively by isothermal titration calorimetry (ITC), peptide scanning arrays, mutagenesis and X-ray crystallography. Mapping of the interaction regions showed that human RIN3 contains two binding sites for the CD2AP SH3 domains. From these studies, the CD2AP SH3 recognition motif P-x-P/A-x-x-R emerged. Two crystal structures (1.65 Å and 1.2 Å) of the SH3 1 and SH3-2 domains in complex with RIN3 epitopes 1 and 2 respectively revealed that these residues serve as anchoring points. With the aid of bioinformatics tools, this motif was used to conduct a peptide array-based screen for additional signalling partner candidates. One of the hits was the Arf-GAP ARAP1. ITC data indicate that the three SH3 domains differentially recognise three ARAP1 epitopes, with the first ARAP1 epitope binding to SH3-2 in the nanomolar range. A crystal structure (1.6 Å) of the SH3-2 domain in complex with the first ARAP1 epitope implicates two additional anchoring residues that extend beyond the PPII helical region of the canonical motif. The CD2AP/ARAP1 interaction was confirmed in podocytes and cancer cells at the endogenous protein level. Even though RIN3 and ARAP1 are involved in membrane trafficking, a direct link to CD2AP had not been reported before. Other candidates from the peptide array analyses were also investigated by ITC. In conclusion, this study led to the elucidation of the CD2AP SH3-1 and SH3-2 domain binding signatures and the identification of putative novel binding partners for all three SH3 domains. Lastly, insight was gained into the binding preferences of CD2AP SH3-3.

Les maladies glomérulaires sont une des principales causes d'insuffisance rénale terminale de nos jours et constituent un problème de santé publique. Le concept classique dans les glomérulopathies accorde à l'agression systémique immune, toxique ou hypertensive le rôle principal dans la formation des lésions glomérulaires. L'hypothèse développée dans ce manuscrit est que épithélium et endothélium, deux composants principaux du parenchyme rénal sont des acteurs majeurs dans la formation des lésions glomérulaires. Trois modèles expérimentaux de glomérulopathie (inflammatoire, toxique et hypertensive) chez la souris nous ont permis d'étudier une voie de signalisation épithéliale γC/JAK/STAT classiquement décrite dans les cellules immunitaires et le système de réponse à l'hypoxie endothéliale afin d'étayer cette hypothèse. Après avoir discuté le rôle principal classiquement attribué aux lymphocytes T dans le modèle anti-membrane basale glomérulaire, un modèle animal de glomérulonéphrite inflammatoire, nous avons démontré le rôle protecteur de la chaîne γ commune (γC) glomérulaire et de sa protéine d'aval STAT5 dans le podocyte au cours du modèle anti-MBG et de la néphropathie à l'adriamycine. Enfin, nous avons étudié le rôle protecteur de EPAS1 (HIF-2α), une sous-unité régulatrice du complexe HIF, dans l'endothélium au cours des lésions glomérulaires hypertensives. Au total, ce travail met en évidence le rôle majeur de l'épithélium et l'endothélium rénal, étroitement liés, dans la formation des lésions glomérulaires. Le parenchyme rénal représente un acteur à part entière dans la physiopathologie de ces lésions comme le montrent les travaux sur les systèmes γC/STAT5 et HIF. / Glomerular diseases are a leading cause of kidney failure and represent a public health problem. Classically, systemic effectors such as the immune system, drug toxicity or hypertension are thought to be the main drivers of glomerular diseases. The hypothesis developed in this manuscript is that epithelium and endothelium, the two main components of the renal parenchyma, are major players in the formation of glomerular lesions. Three experimental models of glomerular disease (inflammatory, toxic and hypertensive) in mice allowed us to study epithelial γC / JAK / STAT signaling classically described in immune cells and the endothelial hypoxia inducible system in order to support this hypothesis. After discussing the main role traditionally assigned to T cells in the anti- glomerular basement membrane model, an animal model of inflammatory glomerulonephritis, we demonstrated the protective role of the glomerular interleukin common γ chain (γC) receptor and its dependent podocyte-specific STAT5 during the anti-GBM model and adriamycin nephropathy. We then showed the protective role of endothelial EPAS1 (HIF-2α), a regulatory subunit of HIF complex in focal segmental glomerulosclerosis (FSGS) induced by angiotensin II. In total, this work highlights the important role of the closely linked renal epithelium and endothelium in the formation of glomerular lesions using three experimental models of glomerular diseases. The renal parenchyma is a full player in the pathophysiology of these lesions as shown by the works studying γC / JAK / STAT and HIF systems.

La hyalinose segmentaire et focale (HSF) est une maladie rénale sévère dont la physiopathologie est complexe. La récidive de la maladie après transplantation rénale et l’obtention de sa rémission après un traitement par immunoadsorption (IA) illustre l’implication d’un facteur circulant dans sa physiopathologie, capable de se fixer à la protéine A. Récemment, suPAR a été rapporté comme agent causal et marqueur de la HSF. Le premier objectif de notre travail a été de vérifier si suPAR se fixe à la protéine A. Le deuxième objectif a été d’identifier le facteur circulant responsable de la récidive de la HSF après transplantation rénale, à partir de l’analyse par spectrométrie de masse des protéines liées à la colonne de protéine A après (IA). Premièrement, nous avons mesuré la concentration de suPAR par un test ELISA parmi les protéines fixées à la colonne de protéine A après IA chez 7 patients atteints de HSF récidivantes et dans le sérum de 13 patients atteints de HSF récidivantes et de 11 contrôles sains. Le sérum des patients a été immunoadsorbé in vitro sur bille de protéine A sépharose. Nous avons quantifié suPAR avant et après la procédure et dans l’éluat des protéines fixées à la protéine A. La concentration de suPAR est plus élevée chez les patients atteints de HSF récidivantes par rapport aux groupes contrôles. La concentration de suPAR est très faible dans les proteines éluées à partir de la colonne de protéine A, indiquant que suPAR ne se lie pas à la protéine A et n’est pas le facteur circulant élué par les colonnes de protéines A. Deuxièmement, nous avons identifié le FC à partir des protéines fixées à la colonne de protéine A par une caractérisation des protéines par spectrométrie de masse chez des patients traités pour récidive de HSF et chez un patient contrôle. Nous avons recherché le FC dans le sérum de patient atteint de HSF, de patient ayant une néphropathie diabétique et chez des contrôles sains. L’effet de la protéine recombinante du FC a été testé in vitro sur une culture de podocytes et in vivo chez la souris. Nous avons identifié une forme sérique de CASK (calcium calmoduline sérine thréonine kinase), à partir des protéines fixées à la colonne de protéine A après IA. CASK est présente uniquement dans le sérum de patients atteints de HSF et non dans les groupes contrôles. In vitro, la protéine recombinante de CASK (CASKr) induit une redistribution de l’actine du cytosquelette des podocytes en culture par une interaction avec CD98. CASKr altére la perméabilité des podocytes à l’abumine et induit in vivo une protéinurie chez la souris associé à un effacement des pédicelles.En conclusion, suPAR ne se fixe pas à la protéine A ni in vivo ni in vitro. Une forme sérique de CASK est impliqué dans la récidive de la HSF avec comme cible potentiel CD98 sur le podocyte. / Focal and segmental glomerulosclerosis (FSGS) is a serious disease, the pathogenesis of which is unknown. Its recurrence after transplantation (Tx) and its partial remission after treatment with immunoadsorption (IA) on a protein A column indicate the existence of a circulating factor (CF) responsible for the disease that is able to bind to a protein A column. Recently, the soluble receptor of urokinase (suPAR) was described as the factor responsible for FSGS. The first aim of my work was to test the capacity of suPAR to bind to protein A and to be eliminated by IA. The second aim was to identify the CF responsible of the recurrence of the disease after renal transplantation from the analysis of proteins eluted from protein-A columns from patients with rFSGS who had undergone therapeutic (IA). First, we measured suPAR in eluates of protein A columns from 7 patients with recurrent FSGS after Tx (rFSGS) treated with IA, and in the serum of 13 patients with rFSGS and 11 healthy donors (HD). Additionally, the plasma of these patients was immunoadsorbed in vitro on a protein A Sepharose column and we quantified suPAR in the eluates and in pre- and post-column samples. The concentration of suPAR was higher in the plasma of patients with rFSGS than in the plasma of HD patients. However, the concentration of suPAR was similar before and after IA on protein A for the rFSGS and HD samples. The suPAR concentration was very low in the eluates from protein A columns incubated with plasma from HD or rFSGS patients. However, 85% of rFSGS patients showed a decrease in immunoglobulin G and proteinuria. Secondly, we analyzed proteins eluted from protein-A columns from patients with rFSGS who had undergone therapeutic immunoadsorption. Compared to control a differential band was identified by mass spectrometry. The expression of this protein was tested by immunochemical methods in sera from healthy controls, from patients with proteinuria caused by diabetic nephropathy, and from rFSGS patients. The effect of the recombinant protein was evaluated in vitro (podocytes) and in vivo experiments (mice). A soluble form of calcium/calmodulin-dependent serine/threonine kinase (CASK) eluted from protein-A columns was identified by mass spectrometry. CASK was immunoprecipitated only in the sera from patients with rFSGS. Recombinant CASK induced reorganization of the actin cytoskeleton of cultured podocytes through an interaction with CD98 at the cell surface. In vitro, CASK increased the permeability of podocyte monolayers, and induced proteinuria and foot-process effacement in miceIn conclusion, suPAR does not significantly bind to protein A in vitro or in vivo. Soluble CASK acts as a permeability factor in patients with rFSGS bindinding CD98 on podocytes.