La maladie rénale chronique (MRC) par ses conséquences organiques et psychologiques représente unenjeu majeur de santé publique. Sa physiopathologie reste mal connue, mais il est établi que toute atteinte rénale,quelle qu’en soit la cause, aboutit à une réduction du nombre de néphrons fonctionnels. Cette réductionnéphronique est responsable de processus adaptatifs complexes des néphrons sains restants pour maintenir unefonction rénale satisfaisante. Si la perte néphronique est suffisamment importante, le parenchyme rénal vas’altérer progressivement aboutissant au remplacement des néphrons sains par un tissu fibreux puis au déclin dela fonction rénale. Les mécanismes moléculaires impliqués, tant dans l’adaptation à la réduction néphronique,que dans la dégradation progressive du parenchyme rénal sont mal connus et les possibilités d’interventionsthérapeutiques limitées.La voie AKT/mTOR est une voie de signalisation intracellulaire ubiquitaire, très conservée, jouant unrôle central dans l’homéostasie cellulaire par sa fonction de régulation de la croissance, de l’apoptose et du cyclecellulaire. L’extraordinaire complexité de son mode de recrutement témoigne du rôle de carrefour de cette voie.Elle intègre des signaux multiples et très variés (facteurs de croissance, acides-aminés, niveau énergétiquecellulaire, disponibilité de l’oxygène) modulant l’anabolisme cellulaire. Notre compréhension du rôle de cettevoie dans la progression de la MRC est encore très limitée et les données sont peu nombreuses et controversées.Mon travail de thèse a consisté à évaluer, en utilisant un modèle expérimental de réduction néphroniquechez la souris, le rôle de la voie AKT/mTORC au cours de la progression des MRC.Nous résultats démontrent que AKT, et plus précisément AKT2, est une molécule essentielle àl’adaptation podocytaire aux contraintes imposées par la réduction néphronique. En appliquant plusieursmodèles de réduction néphronique à des souris génétiquement modifiées, nous avons pu établir la fonctioncruciale de cette isoforme. En effet, l’inactivation d’Akt2, soit systémique soit conditionnelle dans le podocyte,est responsable d’une hyporéactivité de la voie AKT podocytaire, d’un remodelage du cytosquelette, d’uneaugmentation de l’apoptose glomérulaire avec raréfaction podocytaire et de lésions de glomérulosclérose.Transposant nos données à la pathologie humaine, nous avons mis en évidence une activation podocytaired’AKT2 après transplantation rénale chez les patients présentant une altération importante de la fonction rénale.De façon marquante, la survenue d’une protéinurie en réponse à un traitement par sirolimus s’associait à uneperte de cette activation et à une augmentation de l’apoptose glomérulaire.Parallèlement, nous avons évalué le rôle de cette voie chez l’homme au cours d’une MRC trèsparticulière secondaire à la présence d’anticorps antiphospholipides. Cette néphropathie est caractérisée par laprésence de lésions vasculaires sévères prolifératives, hypertrophiques et progressivement obstructivesaboutissant à la destruction du parenchyme rénal. Jusqu'à maintenant, aucun lien formel n’avait été établi entre laprésence de ces anticorps et le développement des lésions vasculaires, et aucune thérapeutique n’était disponible.Nos résultats indiquent que ces anticorps sont directement pathogènes pour l’endothélium induisant l’activationde la voie AKT/mTORC. L’activation de cette voie stimule la prolifération des cellules endothéliales mais aussi .... / Pas de résumé en anglais

La néphropathie diabétique (ND), principale cause d’insuffisance rénale chronique, est caractérisée par une dysfonction des podocytes rénaux. Cette dysfonction podocytaire peut être causée par une résistance à l’insuline induite suite à l’exposition des podocytes aux acides gras libres (AGL). L’un des mécanismes par lequel les AGL réduisent les actions de l’insuline serait l’activation de la voie de Mammalian target of rapamycin (mTOR). Les objectifs sont de caractériser les mécanismes de résistance à l’insuline par les AGL dans les podocytes et d’étudier l’implication de la voie du complexe mTORC1 menant à la ND dans un modèle de diabète de type 2. In vivo, la fonction et la pathologie rénale des souris diabétiques de type 2 (db/db) ont été évaluées. Des podocytes murins ont été cultivés pendant 96 h en conditions normales (5,6 mM, NG) ou élevées (25 mM, HG) de glucose avec ou sans palmitate (25 μM) pour les dernières 24 h. In vitro, les podocytes exposés en HG ont montré une diminution de l’activation d’Akt induite par l’insuline. Le palmitate seul a diminué de 50% l’activation d’Akt alors que la combinaison HG + palmitate a accentué cette diminution en la réduisant de 72%. Cette inhibition se ferait via la phosphorylation en sérine d’IRS1. En effet, en présence de palmitate, la phosphorylation d’IRS1 (ser307) est augmentée d’environ 2 fois. De plus, la phosphorylation d’IRS1 par le palmitate est corrélée à une augmentation de la phosphorylation de mTOR (ser2448) et de son substrat S6 (ser240/244). L’inhibition de la voie de signalisation de l’insuline par la voie mTOR serait due à l’activation de la PKC-α suite à une stimulation au palmitate. Pour ce qui est de mTORC2, la phosphorylation inhibitrice de Rictor (thr1135) augmente de 47% en présence de palmitate. In vivo, dans les souris db/db, l’augmentation des marqueurs de la ND (albuminurie, expansion du mésangium, hypertrophie du glomérule et expression de TGF-beta) est associée à une élévation de la p-mTOR, p-Rictor et de p-S6 dans les glomérules rénaux. En conclusion, le phénomène de résistance à l’insuline par les AGL dans les podocytes serait causé par l’activation de PKC-α/mTORC1 menant à la phosphorylation d’IRS1 en sérine 307, un mécanisme complémentaire aux actions de l’hyperglycémie, et contribuant de façon indépendante à la progression de la ND. De plus, l’inhibition du complexe mTORC2 contribue à la diminution de la signalisation de la voie de l’insuline. / Abstract : Diabetic nephropathy (DN) is the leading cause of chronic renal failure in diabetic patients and is characterized by the dysfunction of podocytes. Our laboratory has shown that hyperglycemia caused podocyte insulin unresponsiveness and cell death via the upregulation of PKC- and SHP-1, a tyrosine phosphatase. In contrast, free fatty acids (FFA)-induced insulin resistance in podocytes is not associated with SHP-1 expression. Thus, other signaling pathways could be implicated including the activation of the Mammalian target of rapamycin (mTOR) complexes pathway. The aim of this study was to investigate the insulin resistance mechanisms caused by FFA in podocytes leading to DN in type 2 diabetes. In vitro, cultured podocytes were exposed to normal (5.6 mmol/L; NG) or high glucose (25 mmol/L; HG) levels for 96 h and to palmitate (25 µmol/L) the last 24h with or without insulin stimulation (10 nmol/L). As previously showed, podocytes exposed to HG decreased Akt activation upon insulin stimulation. Palmitate treatment alone reduced insulin-induced Akt phosphorylation by 50% while a combination of palmitate and HG blunted Akt activation by 72%. The inhibition of Akt by palmitate was associated with the increase of PKC- activation leading to mTOR phosphorylation and its substrate S6. Moreover, the mTORC1 complex activation enhanced the serine 307 phosphorylation of IRS1 known to de-activate IRS1. Furthermore, palmitate also mediated the mTORC2 complex inhibition via the Thr1135 phosphorylation of Rictor. In vivo, the implication of mTORC1 complex in DN development was evaluated using 25 weeks old type 2 diabetes mice (db/db). Mice developed increased albuminuria, mesangial cell expansion and glomerular hypertrophy compared to non-diabetic mice, which correlated with the phosphorylation of mTOR, Rictor and S6. In conclusion, elevated FFA levels caused activation of PKC-/mTORC1 pathway and inhibition of mTORC2 leading to insulin resistance in podocytes and DN progression.

Hyperhomocysteinemia (hHcys) is a widely known pathogenic factor in the progression of end-stage renal disease (ESRD) and it is also associated with an increased risk for injurious cardiovascular pathologies during ESRD. HHcys is linked to the formation and activation of the NOD-like receptor protein 3 (NLRP3) inflammasome, characterized as a critical early mechanism initiating the inflammatory response. NADPH oxidase (NOX)-derived reactive oxygen species (ROS) mediate the activation of the NLRP3 inflammasome in podocytes in response to elevated levels of homocysteine (Hcys) in vitro and in vivo. However, it remains unknown how NLRP3 inflammasome activation is triggered by NOX. The aim of the present study sought to determine the signaling cascade that triggers glomerular injury and sclerosis during hHcys mediated by Vav2, a guanine nucleotide exchange factor (GNEF). Using both genetic and pharmacological interventions of Vav2, we first tested whether this GNEF is involved in hHcys-induced NLRP3 inflammasome activation in podocytes by its role in activation of the Rac-1-NOX complex. Further, we explored whether pharmacological targeting of Vav2 activation may regulate NLRP3 inflammasome signaling pathway during hHcys-induced glomerular injury. We found that mice with hHcys (on the FF diet) or oncoVav2 (a constitutively active form of Vav2) transfection in the kidney exhibited increased colocalization of NLRP3 with apoptosis-associated speck-like protein (ASC) or caspase-1 and elevated IL-1β levels in glomeruli, indicating the formation and activation of the NLRP3 inflammasome. This glomerular NLRP3 inflammasome activation was accompanied by podocyte dysfunction and glomerular injury, even sclerosis. Local transfection of Vav2 shRNA plasmids significantly attenuated hHcys-induced NLRP3 inflammasome activation, podocyte injury, and glomerular sclerosis. In cultured podocytes, Hcys treatment and oncoVav2 transfection increased NLRP3 inflammasome formation and activation. This NLRP3 activation was inhibited by Vav2 shRNA, associated with reduction of Rac-1 activity and ROS production. Administration of NSC23766, a Rac-1 inhibitor substantially attenuated inflammasome formation, desmin expression and decreased podocin expression in glomeruli of hHcys mice. These results suggest that elevated Hcys levels activate Vav2 and thereby increase NOX activity, leading to ROS production. ROS trigger NLRP3 inflammasome activation, podocyte dysfunction and glomerular injury. Therefore, the present study defines a novel mechanism underlying hHcys-induced NLRP3 inflammasome activation and its progression to ESRD.

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.

Rapidly progressive glomerulonephritis (RPGN) is a clinical syndrome characterized by loss of renal function within days to weeks and by glomerular crescents on biopsy. The pathogenesis of this disease is unclear, but circulating factors such as antineutrophil cytoplasmic antibodies (ANCA) are believed to play a major role. In this thesis, we show that deletion of the Von Hippel-Lindau gene (Vhlh) from intrinsic glomerular cells of mice is sufficient to initiate a necrotizing crescentic glomerulonephritis and the clinical features that accompany RPGN. Loss of Vhlh leads to stabilization of hypoxia-inducible factor alpha subunits (HIFαs). Using gene expression profiling, we identified de novo expression of the HIFα target gene Cxcr4. In glomeruli from mice with RPGN, the course of RPGN is markedly improved in mice treated with a blocking antibody to Cxcr4, whereas overexpression of Cxcr4 alone in podocytes of transgenic mice is sufficient to cause glomerular disease. Despite the development of glomerular disease in mice that overexpress Cxcr4, their disease was milder and lacked features of full-blown RPGN. The Vhlh gene encodes VHL protein (pVHL, product of the Von Hippel-Lindau gene) that functions as the substrate recognition component of an E3 ubiquitin ligase. Although HIFα subunits are the best characterized substrates for pVHL, additional non-HIF mediated targets have been identified. To determine the role of HIF stabilization in this RPGN model, we generated double mutants that lack aryl hydrocarbon receptor nuclear translocator gene (Arnt, also called HIF1beta), an obligate dimerization partner for HIFα subunit function. Podocyte-selective deletion of Arnt in Vhlh mutant mice completely rescued the RPGN phenotype and mice survived longer than 8 months of age. Furthermore, stabilization of HIF2α alone led to glomerular disease characterized by crescentic transformation. Collectively, these results indicate an alternative mechanism for the pathogenesis of RPGN and glomerular disease in an animal model and suggest novel molecular pathways for intervention in this disease. In addition, we demonstrate a key role for VHL-HIF-Cxcr4 molecular pathway for the integrity of the glomerular barrier.

La maladie rénale chronique (MRC) par ses conséquences organiques et psychologiques représente unenjeu majeur de santé publique. Sa physiopathologie reste mal connue, mais il est établi que toute atteinte rénale,quelle qu'en soit la cause, aboutit à une réduction du nombre de néphrons fonctionnels. Cette réductionnéphronique est responsable de processus adaptatifs complexes des néphrons sains restants pour maintenir unefonction rénale satisfaisante. Si la perte néphronique est suffisamment importante, le parenchyme rénal vas'altérer progressivement aboutissant au remplacement des néphrons sains par un tissu fibreux puis au déclin dela fonction rénale. Les mécanismes moléculaires impliqués, tant dans l'adaptation à la réduction néphronique,que dans la dégradation progressive du parenchyme rénal sont mal connus et les possibilités d'interventionsthérapeutiques limitées.La voie AKT/mTOR est une voie de signalisation intracellulaire ubiquitaire, très conservée, jouant unrôle central dans l'homéostasie cellulaire par sa fonction de régulation de la croissance, de l'apoptose et du cyclecellulaire. L'extraordinaire complexité de son mode de recrutement témoigne du rôle de carrefour de cette voie.Elle intègre des signaux multiples et très variés (facteurs de croissance, acides-aminés, niveau énergétiquecellulaire, disponibilité de l'oxygène) modulant l'anabolisme cellulaire. Notre compréhension du rôle de cettevoie dans la progression de la MRC est encore très limitée et les données sont peu nombreuses et controversées.Mon travail de thèse a consisté à évaluer, en utilisant un modèle expérimental de réduction néphroniquechez la souris, le rôle de la voie AKT/mTORC au cours de la progression des MRC.Nous résultats démontrent que AKT, et plus précisément AKT2, est une molécule essentielle àl'adaptation podocytaire aux contraintes imposées par la réduction néphronique. En appliquant plusieursmodèles de réduction néphronique à des souris génétiquement modifiées, nous avons pu établir la fonctioncruciale de cette isoforme. En effet, l'inactivation d'Akt2, soit systémique soit conditionnelle dans le podocyte,est responsable d'une hyporéactivité de la voie AKT podocytaire, d'un remodelage du cytosquelette, d'uneaugmentation de l'apoptose glomérulaire avec raréfaction podocytaire et de lésions de glomérulosclérose.Transposant nos données à la pathologie humaine, nous avons mis en évidence une activation podocytaired'AKT2 après transplantation rénale chez les patients présentant une altération importante de la fonction rénale.De façon marquante, la survenue d'une protéinurie en réponse à un traitement par sirolimus s'associait à uneperte de cette activation et à une augmentation de l'apoptose glomérulaire.Parallèlement, nous avons évalué le rôle de cette voie chez l'homme au cours d'une MRC trèsparticulière secondaire à la présence d'anticorps antiphospholipides. Cette néphropathie est caractérisée par laprésence de lésions vasculaires sévères prolifératives, hypertrophiques et progressivement obstructivesaboutissant à la destruction du parenchyme rénal. Jusqu'à maintenant, aucun lien formel n'avait été établi entre laprésence de ces anticorps et le développement des lésions vasculaires, et aucune thérapeutique n'était disponible.Nos résultats indiquent que ces anticorps sont directement pathogènes pour l'endothélium induisant l'activationde la voie AKT/mTORC. L'activation de cette voie stimule la prolifération des cellules endothéliales mais aussi ....

Rapidly progressive glomerulonephritis (RPGN) is a clinical syndrome characterized by loss of renal function within days to weeks and by glomerular crescents on biopsy. The pathogenesis of this disease is unclear, but circulating factors such as antineutrophil cytoplasmic antibodies (ANCA) are believed to play a major role. In this thesis, we show that deletion of the Von Hippel-Lindau gene (Vhlh) from intrinsic glomerular cells of mice is sufficient to initiate a necrotizing crescentic glomerulonephritis and the clinical features that accompany RPGN. Loss of Vhlh leads to stabilization of hypoxia-inducible factor alpha subunits (HIFαs). Using gene expression profiling, we identified de novo expression of the HIFα target gene Cxcr4. In glomeruli from mice with RPGN, the course of RPGN is markedly improved in mice treated with a blocking antibody to Cxcr4, whereas overexpression of Cxcr4 alone in podocytes of transgenic mice is sufficient to cause glomerular disease. Despite the development of glomerular disease in mice that overexpress Cxcr4, their disease was milder and lacked features of full-blown RPGN. The Vhlh gene encodes VHL protein (pVHL, product of the Von Hippel-Lindau gene) that functions as the substrate recognition component of an E3 ubiquitin ligase. Although HIFα subunits are the best characterized substrates for pVHL, additional non-HIF mediated targets have been identified. To determine the role of HIF stabilization in this RPGN model, we generated double mutants that lack aryl hydrocarbon receptor nuclear translocator gene (Arnt, also called HIF1beta), an obligate dimerization partner for HIFα subunit function. Podocyte-selective deletion of Arnt in Vhlh mutant mice completely rescued the RPGN phenotype and mice survived longer than 8 months of age. Furthermore, stabilization of HIF2α alone led to glomerular disease characterized by crescentic transformation. Collectively, these results indicate an alternative mechanism for the pathogenesis of RPGN and glomerular disease in an animal model and suggest novel molecular pathways for intervention in this disease. In addition, we demonstrate a key role for VHL-HIF-Cxcr4 molecular pathway for the integrity of the glomerular barrier.

Aims: 1. Determination of AGEs (Advanced Glycation End products) in patients with various types of nephropathy. 2. Association AGEs with nutritional parameters and anemia. 3. Influence of renal parameters on sRAGE (soluble form of Receptor for Advanced Glycation End products) levels. 4. Technics and proceeding methods of the podocytes cultivation. 5. Determination of urine podocytes. Methods: We determined fluorescent AGEs by spectrofluorometry, sRAGE by Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay (ELISA). Podocytes were passaged and identified immunocytochemically. Podocytes in urine were specified by flow cytometry method. Results: 1. We did not find significant differences in AGEs serum levels among various types of nephropathy, even though the pathogenesis differs. 2. The albumin and prealbumin levels positively and haemoglobin levels negatively correlate with AGEs in patients with CKD grade 1-5, without necessity of dialysis. 3. Serum sRAGE levels are increased in patients with decreased renal function independently on the course of renal disease. 4. We implemented the methods and technics of podocyte cultivation. 5. Urine podocytes observation and confirmation that podocyturia relates to disease activity. Conclusion: We confirmed that AGEs serum levels depend more on renal function than the type of...

Aims: 1. Determination of AGEs (Advanced Glycation End products) in patients with various types of nephropathy. 2. Association AGEs with nutritional parameters and anemia. 3. Influence of renal parameters on sRAGE (soluble form of Receptor for Advanced Glycation End products) levels. 4. Technics and proceeding methods of the podocytes cultivation. 5. Determination of urine podocytes. Methods: We determined fluorescent AGEs by spectrofluorometry, sRAGE by Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay (ELISA). Podocytes were passaged and identified immunocytochemically. Podocytes in urine were specified by flow cytometry method. Results: 1. We did not find significant differences in AGEs serum levels among various types of nephropathy, even though the pathogenesis differs. 2. The albumin and prealbumin levels positively and haemoglobin levels negatively correlate with AGEs in patients with CKD grade 1-5, without necessity of dialysis. 3. Serum sRAGE levels are increased in patients with decreased renal function independently on the course of renal disease. 4. We implemented the methods and technics of podocyte cultivation. 5. Urine podocytes observation and confirmation that podocyturia relates to disease activity. Conclusion: We confirmed that AGEs serum levels depend more on renal function than the type of...

Diabetic nephropathy (DN) is one of the leading causes of end stage renal disease (ESRD) in western world and has a trend to spread in developing countries. Pathogenesis of DN is not fully elucidated. Studies of recent years showed that podocyte loss and activation of the rennin-angiotensin system (RAS), especially intra-renal RAS, played important roles in this process. Although renal biopsy is currently the most common way used to determine the expression pattern of podocyte and RAS associated molecules in DN, this invasive procedure has its own risk and is not practical for serial monitoring. We hypothesized that measurement of messenger ribonucleic acid (mRNA) expression of related genes in the urinary sediment might be a useful way to assess the severity of DN. / Firstly, we found that urinary mRNA expressions of podocyte-associated molecules nephrin, podocin, synaptopodin, Wilm's tumor-1 (WT-1) and alpha-actinin-4 were higher in patients with DN than in healthy controls, and urinary nephrin, podocin and synaptopodin expression was related to proteinuria and baseline renal function. In addition, there was a close relationship between urinary mRNA expression of type 2 angiotensin converting enzyme (ACE2), a key element of RAS, and the degrees of proteinuria, renal function and rate of decline of glomerular filtration rate (GFR). Urinary mRNA expression of ACE also inversely correlated with the rate of renal function decline. / In the next step, we studied the change in urinary mRNA expression of nephrin, podocin, synaptopodin, ACE and ACE2 in patients with DN treated with angiotensin converting enzyme inhibitor (ACEI) and addition of angiotensin receptor blocker (ARB). We found that urinary mRNA expression of podocin, synaptopodin and propably nephrin increased with disease progression, and percentage change in urinary podocin expression negatively correlated with rate of decline of GFR. Furthermore, serial measurement of urinary expression of nephrin and possibly synaptopodin may reflect therapeutic response to ARB in these patients. Urinary mRNA expression of ACE and ACE2, however, remained unchanged during the study duration and did not correlate with therapeutic response. / In this series of work, we investigated (i) the relation between the gene expression profile of podocyte-associated molecules and RAS related molecules in the urinary sediment and the severity of DN, including clinically defined parameter of disease severity, histological scarring, and the degree of intra-renal podocyte loss, (ii) the relation between urinary and intra-renal gene expression of patients with DN, (iii) the application of urinary gene expression on the monitoring of disease progression and therapy response of DN. The urinary mRNA expression of related genes was quantified by real-time quantitative polymerase chain reaction (RT Q-PCR). The intra-renal mRNA expression of related genes was studied from the histologic specimens of kidney biopsy by laser catapult microdissection (LCM) and RT Q-PCR. The degree of renal scarring was determined by morphometric analysis. Glomerular podocyte number was determined by stereological study on serial sections of renal biopsy specimen. / Taken together, our results suggest that although urinary mRNA expression of podocyte and RAS associated molecules is not related to intra-renal expression, urinary expression has the potential to be used as a non-invasive tool to assess the severity and progression of DN, and serial measurements of urinary gene expression of podocyte associated molecules may be used to reflect therapy response for patients with DN. Our findings also indicate that the information from urinary gene expression is supplementary to, but not a surrogate of, the data obtained from renal biopsy. / We then examined the relation between urinary gene expression and histological changes in the kidney. We found that urinary WT-1 expression correlated with the degree of kidney fibrosis. Unlike intra-renal expression, urinary mRNA expression of podocyte associated molecules did not correlate with glomerular podocyte number. There was also no association between urinary and intra-renal mRNA expression. / Wang, Gang. / Adviser: Cheuk Chen Szeto. / Source: Dissertation Abstracts International, Volume: 70-06, Section: B, page: 3423. / Thesis (Ph.D.)--Chinese University of Hong Kong, 2008. / Includes bibliographical references (leaves 156-180). / Electronic reproduction. Hong Kong : Chinese University of Hong Kong, [2012] System requirements: Adobe Acrobat Reader. Available via World Wide Web. / Electronic reproduction. [Ann Arbor, MI] : ProQuest Information and Learning, [200-] System requirements: Adobe Acrobat Reader. Available via World Wide Web. / Abstracts in English and Chinese. / School code: 1307.