Nearly 1% of the population is affected by vesico-ureteric reflux (VUR), a congenital defect of the urinary tract that results in the retrograde flow of urine from the bladder to the kidneys. VUR arises due to a defect in the formation of the uretero- vesical junction (UVJ). Some patients with VUR possess hypoplastic/dysplastic kidneys, duplex ureters and/or urinary tract obstruction; however, the majority of affected children exhibit VUR and normally formed kidneys. Affected children are predisposed to recurrent urinary tract infections, the majority of which are due to uropathogenic E.coli. Additionally, a subset of children with VUR develop reflux nephropathy (RN), renal scarring that can lead to end stage renal disease. While urinary tract infections are a known risk factor for RN, the specific factors that determine the onset and severity of RN are not well understood. Currently, it is impossible to predict which children with VUR will develop RN and/or end stage renal disease; therefore most children with VUR receive antibiotic prophylaxis to prevent urinary tract infections and/or surgical correction of the UVJ defect. However, despite medical intervention, the incidence of end-stage renal disease due to RN has remained unchanged over the last 50 years.VUR is highly heritable and genetically heterogeneous with a number of genes and loci identified in both humans and mice. Previously, our laboratory identified that two sub-strains of inbred C3H mice, HeJ and HeN, have VUR and normally formed kidneys. Through a set of informative crosses we identified the Vurm1 locus, a 22Mb region on the proximal end of chromosome 12, as a VUR susceptibility locus in the C3H/HeJ mouse. Here, we demonstrate that Vurm1 also confers susceptibility to VUR in 3 other inbred mouse strains: CBA/J, DBA/2J and AKR/J. To further characterize the Vurm1 locus, we performed candidate gene and in silico analyses and this prioritized 8 genes for further study. We have demonstrated that one of these genes, Odd-skipped related 1 (Osr1) is a novel gene associated with VUR susceptibility. Mice with Osr1 haploinsufficiency have a 28% incidence of VUR as well as duplex systems and megaureters.To examine the critical factors that determine the progression of VUR to RN, mice were inoculated with either Gram-negative uropathogenic E.coli (UPEC) or saline. We have shown that when bacterial cystitis is induced in refluxing C3H/HeN mice, pyelonephritis rapidly develops, while this is not observed in non-refluxing C57BL/6N mice with similar infection. RN is only observed in mice with VUR and kidney infection.When a transient pyelonephritis is induced in C3H/HeN and C57BL/6N mice, renal inflammation and RN is significantly increased in C3H/HeN mice with VUR. This allows us to conclude that VUR and persistent infection are necessary to confer RN. The reflux of sterile urine as well as transient pyelonephritis, are not sufficient for the development of RN.To determine the role of host innate immunity in the pathogenesis of RN, bacterial cystitis was induced in C3H/HeN and C3H/HeJ mice. C3H/HeN mice have a wild-type Toll-like receptor 4 (Tlr4) and normal innate immunity, whereas C3H/HeJ have a point mutation in Tlr4 and are hyporesponsive to Gram-negative bacteria. Consistent with previous findings, C3H/HeJ mice maintain higher bacterial counts in the kidneys than C3H/HeN and are unable to clear Gram-negative infection. C3H/HeN and C3H/HeJ mice demonstrate similar levels of inflammation and RN at 2 and 6 days post infection, however the degree of inflammation and RN is worse in the C3H/HeJ mice at 14 and 28 days. This identifies the host innate immune response to infection as a critical factor in RN susceptibility. Furthermore, the data demonstrates that persistent pyelonephritis leads to a more severe RN lesion. This work has provided a new understanding of the genetics of VUR and the critical factors that determine the progression of VUR to RN in mouse models. / Environ 1% de la population est affectée par le reflux vésico-urétéral (RVU), une anomalie congénitale du tractus urinaire causant le passage à contre-courant de l'urine de la vessie vers les reins. Le RVU origine d'un défaut de la jonction vésico-urétérale (JVU). L'hypoplasie/dysplasie rénale, la duplicité urétérale et/ou l'obstruction du tractus urinaire y sont associées. La majorité des patients ont des reins normalement formés. Ils sont prédisposés à desinfections urinaires récurrentes, la majorité due à E. coli uropathogénique. Certains développent une néphropathie de reflux (NR) i.e. des lésions rénales pouvant entraîner une insuffisance rénale. Les infections du tractus urinaires sont un facteur de risque connu de NR. Toutefois, les facteurs spécifiques déterminant le début et la sévérité de la NR ne sont pas bien compris. Il est impossible de prédire quels enfants ayant le RVU vont développer une NR ou une insuffisance rénale. La plupart reçoit des antibiotiques en prophylaxie pour prévenir les infections urinaires et certains ont recours à une chirurgie correctrice. Malgré tout, l'incidence d'insuffisance rénale due à la NR n'a pas changé durant les 50 dernières années.Le RVU est héréditaire et génétiquement hétérogène. En effet, de nombreux gènes et loci ont été identifiés chez l'humain et la souris. Par le passé, notre laboratoire a identifié deux sous-lignées issues de la lignée consanguine de souris C3H, HeJ et HeN ayant le RVU et des reins normalement formés. Par des croisements informatifs, nous avons identifié une région de 22Mb dans la région proximale du chromosome 12 comme un locus de susceptibilité chez les HeJ : le locus Vurm1. Nous montrons que Vurm1 confère une susceptibilité au RVU dans trois autres lignées consanguines: CBA/J, DBA/2J et AKR/J. Afin de caractériser davantage le locus Vurm1, nous avons fait une analyse de genes candidats et une analyse in silico priorisant 8 gènes. Un de ces gènesOdd-skipped related 1 (Osr1) est un nouveau gène associé à la susceptibilité au VRU. Les souris Osr1 haploinsuffisantes ont une incidence de RVU de 28%. La présence de duplicité utérérale et de méga-uretère a aussi été notée.Afin de d'identifier les facteurs critiques déterminant la progression du RVU à la NR, les souris ont été inoculées avec E.coli uropathogénique (UPEC) ou de la saline. Lorsqu'une cystite bactérienne est induite, les C3H/HeN ayant du RVU développent une pyélonéphrite rapidement alors que les C57BL/6N ne développent pas de pyélonéphrite. Lorsqu'une pyélonéphrite transitoire est induite, l'inflammation rénale et la NR sont significativement augmentées chez les C3H/HeN ayant le RVU. Ceci suggère que le RVU conjointement avec une infection urinaire persistante est nécessaire au développement d'une NR; ni lereflux d'urine stérile, ni une pyélonéphrite transitoire ne sont à eux seuls suffisant. Afin de déterminer le rôle de l'immunité inné de l'hôte dans la pathogénèse de la NR, une cystite bactérienne est induite chez les C3H/HeN et HeJ. Les HeN n'ont pas de mutation dans la séquence du récepteur Toll-like 4 (Tlr4) et ont une immunité innée normale contrairement aux C3H/HeJ qui ont une mutation ponctuelle et sont hyporéactive aux bactéries Gram-négative. Les C3H/HeJ maintiennent un compte bactérien rénal plus élevé que les C3H/HeN et sont incapables d'éradiquer une infection à Gram-négative. Les C3H/HeN et HeJ montrent des niveaux d'inflammation et de NR similaires à 2 et 6 jours post-infection. Le degré d'inflammation et de RN est pire chez les C3H/HeJ à 14 et 28 jours post-infection. Ces résultats identifient la réponse immunitaire innée de l'hôte comme un facteur crucial dans la susceptibilité à la NR. Nos résultats montrent qu'une pyélonéphrite persistante mène à des lésions rénales encore plus sévères. En résumé, ces résultats apportent une nouvelle compréhension de la génétique du RVU et des facteurs critiques qui déterminent la progression du RVU à la NR dans le modèle murin de RVU.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.121266 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Watt, Christine |
| Contributors | Indra Gupta (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Science (Department of Human Genetics) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses |
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