Physiopathologie de la kystogénèse

Rémi Salomon

Néphrologie Pédiatrique

Inserm U574

Centre de Référence des Maladies Rénales Héréditaires del’Enfant et de l’Adulte (MARHEA)

Hôpital Necker – Enfants Malades, Paris

Club des Jeunes Néphrologues, Avignon, 13 Mars 2009

Gène Locus Protéine Maladie Signes extra-rénaux

NPHP1 AR 2q13 néphrocystine NPH juvénile Rétinite pigmentaire

Sd de Cogan

NPHP2 AR 9q31 inversine NPH infantile Situs inversus

NPHP3 AR 3q22 Nephrocystine 3 NPH adolescent Rétinite pigmentaire,fibrose hépatique

NPHP4 AR 1p36 Néphrocystine 4

(néphrorétinine)

NPH juvénile Rétinite pigmentaire

Sd de Cogan

MCKD1 AD 1q21 ? MCKD hyperuricémie

MCKD2 AD 16p12 uromodulline MCKD hyperuricémie

PKD1 AD 16p13 polycystine 1 Polykystose rénale AD Kystes hépatique,cérébraux

PKD2 AD 4q21 polyscystine 2 Polykystose rénale AD

PKHD1 AR 6p21 fibrocystine Polykystose rénale AR Fibrose hépatique

TCF2 AD 17q12 HNF1beta RCAD MODY5, malfo génitales

Maladies kystiques rénales

Polycystic liver disease

Wilson 2006

Juvenile Nephronophthisis

• Autosomal recessive tubulo-interstitial nephropathy

• Chronic renal failure in childhood or in adolescence

• Ultrasonography

– Kidneys of normal or reduced size

– ± medullary cysts

• Pathology

– Atrophic tubules with thickened BM

– Diffuse interstitial fibrosis

– Cyst formation at the cortico-medullary

junction

Physiopathologie de la kystogénèse

• Dérégulation de la prolifération et de l’apoptose

• Expression aberrante de facteur de croissance

• Localisation anormale du récepteur de l’EGF à la membrane apicale

• Anomalies du transport trans-épithélial

• Anomalies de la polarité apico-basale

• Anomalie de la polarité planaire

• Expression anormale de molécules d’adhésion

• Augmentation de l’expression de composants de la matrice extracellulaire

• Surexpression d’enzymes de remodelage de la MEC (MMP, TIMP)

• Augmentation de production d’agents vasoactifs, de chemokines et de

cytokines pro-inflammatoires

• Modifications du métabolisme des stéroides et des lipides

Harris, 2009

Piontek, Boletta

E15.5

Pkd1 +/+ Pkd1 -/-

Polycystines importantes lors du développement rénal

Piontek, 2007

KO conditionnel :rôle de Pkd1 au cours du développement

Induction à P12Résultats 3 semaines après

Induction à P14Résultats 3 mois après

Un deuxième « hit »

Pkd1-/- ( et Pkd2-/-) homozygotes

lethal entre J12.5 et J15polykystose massive rénale, hépatique,+/- pancréatique

Pkd1 ou Pkd2 +/- hétérozygotes:

qq kystes après plusieurs mois

KO conditionnel ….

m =mutation germinale ms = mutation somatique

Polykystose autosomique dominante :

Une maladie récessive au niveau moléculaire

m

ms

m

ms

m ms

msm

m

m

mm

m

m

m

Ky

Deuxième hit : oui mais …

• Deuxième mutation pas toujours retrouvée

• Expression de PKD1 dans certains kystes

• Mutation « faux-sens » acquises ?

• Effet « en trans » dans le gène PKD2 ?

• Formes sévère de PKD dès les premières années > taux

très élevés de « second hit »

Effet dose de l’allèle restant : haploinsuffisance

x

Mutation d’épissage13 - 20% de protéineseulement

Phénotype variableà 4 semainesGène modificateur

Environnement

Stochastique

Expression del’allèle normal

Vantinga van Leeuveen, 2008

Pkd1nlPkd1nl (effet dose)

PKD1m PKD1wt

PKD2 WS25 : Allèle hypermutable

HNF1 (TCF2) régule l’expression de gènes PKD

KspCreHNF1 flox/flox

Gresh 2004

HNF1régule l’expressionde Kif 12(Gong, JASN 2009)

identifié comme gène modificateurdans le modèle de souris cpk(Mrug JASN 2005)

Boletta et al. 2003

Delmas, 2004

Delmas 2004

Boletta et al. 2003

Boletta et al. 2003

Chlamydomonas

Flagelles IFT88 = polaris

Mutant murin Tg737

Néphropathie kystique

Pazour 2000

Kif3A, Lin 2003

Landmarks in the first hundred years of primary (9+0) cilium researchWheatley D, Cell Biol International, 2005

423

2007

1898: KW Zimmermann=> « Beitrage zur Kenntniss einiger Drusen und epithelien »

Arch Mikrosk Anat 1898

Cil moteur (9+2) Cil non moteur (9+0)microtubules

dynéine

Hippocampe (neurones granuleux)

chondrocytes

Tubule rénal

chlamydomonas

« Ciliopathies »

Situs inversusCerebellar vermishypoplasia Hydrocephaly

Renal cystic diseases

Hepatic fibrosisSterility

Hearing defects

Primary cilia dyskenesia

Polydactyly

Retinal degeneration

Les ciliopathies syndromiques

The primary cilium, a microtubule-based,highly conserved organelle

Adapted from Inglis et al.,2006

Dynein-mediatedretrograde transport

non-motile9+0

motile9+2

Basal body

Transitionalfiber

Kinesin-mediatedanterograde transport

IFT particules

cargo

Sensor ofextracellular cues

- Growth factors- Morphogens- Light- Fluid flow….

N3

N4N1

Division cellulaire

Transport intra-ciliaire

Polycystine-1Polycystine-2

Perception du milieuextra-cellulaire

dynéine

kinésine

CIL

noyauDaf19RFX

Gènes spécifiques du cil

centrosome

Basal body

Instabilité chromosomique

Aneuploïdie

Possiblement par duplicationanormale du centrosome

Cell Biol Int 2008

Anomalies chromosomiques dans les cellules bordant les kystes

Gogusev J, JASN, 2002

Ratio calculation

Loss

Gain

C

A

B

Nauli, 2003

Davenport, 2005

Delmas, 2004

Elongation du tube rénal

M Pontoglio

Défaut de Polarité Planaire dans les reins de rat pck

wt pck

Fisher et al Nat Genet, 2006

Le défaut de polarité planaire précède la formation des kystes

Fisher et al Nat Genet, 2006

Anomalies de Polarité Planaire (PCP) dans la PKD

Fuseau mitotique alignéAvec l’axe du néphron

Rôle de la voieWnt non canonique?

PKD:désorientation du Fuseau mitotiqueProlifération anormale

Simons et al, Nat Genet, 2005

Wnt et Polarité planaire (PCP)

Inversine / NPHP2

Switch entre les voies canonique et non-canonique Wnt

Modifications de lamatrice extracellulaire

Mécanismes impliqués dans la formation des kystes

Cl-, Na+, H2O

PROLIFERATION

SECRETIONde liquidedans les kystes

PROLIFERATION

SECRETIONde liquidedans les kystes

Cl-, Na+, H2O

AMPc

+

+Mais pas sur descellules normales !

AMPc et kystogénèse

Le taux de calcium intracellulaire est essentiel à la kystogénèse

Yamagushi, 2005

Harris, 2009

Celluletubulaire

Cellulekystique

Mutation somatiqueMutation PKD1/2

SécrétionProliférationApoptose

Dépôt matrice extra-cellulaireInflammation

?

?

D’après Ong 2005

Merci de votre attention !

Atrophie des tubesModifications des membranes basales

Fibrose interstitielle« peu cellulaire »

Néphronophtise juvénile

histologie

Juvenile Nephronophthisis

• Extra-renal symptoms (10 – 15 %)

– Retinal dystrophy (Senior-Løken syndrome)

• Severe: early blindness (Leber amaurosis)

• Moderate (impaired visual acuity or

electroretinogram)

– Joubert syndrome (congenital hypotonia,

developmental delay, abnormal eye movements, MTS)

– Liver fibrosis

– Skeletal dysplasia (cone-shaped epiphyses -

cranioectodermal dyplasia)

Genetic heterogeneity in nephronophthisis

Gene

Lebercongenitalamaurosis

JuvenileNPHP

Juvenile NPHP +Hepatic fibrosis

Senior-Løken

syndrome

Joubertsyndrome type B

InfantileNPHP

Meckelsyndrome

Bardet-Biedl

syndrome

NPHP1

INVSNPHP2

NPHP3hypo-

morphichypomorphic null null

NPHP4

IQCB1NPHP5

CEP290NPHP6

GLIS2NPHP7

RPGRIP1LNPHP8

NEK8NPHP9

TMEM67NPHP10

Phenotype

Néphrocystines: protéines adaptatrices

Focal adhesions Cell-cell junctions

MDCK

cells

Invp130Cas

N4

IntegrinsIntegrins

tensinePyk2 ACK

N1N1

N4

p130Cas

N1

filamin A

N4

E-cadherin

Mollet et al., HMG, 2005

Régulation de l’adhésioncellulaire ?

Co-IP nephrocystin-4 /

-tubulin

Primary cilium

-tubulin/nephrocystin-4

CentrosomeNPHP1-/- cells

N4

Inv

Localisation au cil primaire et au centrosome

Contrôle du cycle cellulaire ?

Calcium switch experiment

3D culture

PALS1 knockdown MDCK cellsA

cti

n/g

p1

35

Straight et al, MBC, 2004

Nephrocystins interact with the tight junction proteinsPALS1 and PATJ

IP GFP

83 -

83 -

PALS1-myc

N1-GFP

+

+-

+ +

+ -+

Lysates

IB c-Myc

IB GFP

kDa

Augmentation de la surface cellulaire+ sécrétion de fluide dans la lumière

Augmentation de la prolifération cellulaire

Xorpk wa2

Augmentation de l’activitéde l’EGFR

Reins kystiques

Mutation inactivatricede l’EGFR

Richards, 1998

La formation des kystes dépend de l’activité du récepteur à l’EGF

Le taux de calcium intracellulaire est essentiel à la kystogénèse

Yamagushi, 2005

Cellules normales

Cellules des kystes

Yamagushi, 2005

Tensin

CasPyk2

FilaminCas

Basal body

Centriole

N-cadherin

APC2

cat

tubulin

actin

Calmodulin

Integrin

Dérégulation de la

prolifération et de

l’apoptose

Expression aberrantede facteur decroissance

Localisation anormale durécepteur de l’EGF à la

membrane apicale

Anomalies du transport

trans-épithélial

Expression anormale de

molécules d’adhésion

Augmentation de

l’expression de composants

de la matrice extracellulaire Surexpression d’enzymes deremodelage de la MEC (MMP, TIMP)

Augmentation de production d’agents

vasoactifs, de chemokines et de cytokines

proinflammatoires

Modifications du métabolisme

des stéroides et des lipides

Cils : partout

• Cils muco-propulseurs

• Cils hydro-propulseurs

• Cil nodal

• Monocilia (cil primaire)

• Cil rudimentaire

• Cil olfactif

• Photorécepteur

• Flagelle

Arbre respiratoire

Ependyme, oviducte, canaux

efférents testis

Nœud embryon (latéralisation)

Néphron (tube)

Cerveau (neurones et glie),

chondrocytes, fibroblastes

Cellule olfactive

Rétine

Spermatozoïde

9 + 09 + 2

• Maladie du cil immobile (sd de Kartagener)

• Situs inversus

• Infertilité masculine

• Infertilité féminine

• Hydrocéphalie

• Anosmie

• Rétinite pigmentaire

• Maladies rénales kystiques

• …/…

Cils et maladies

Wilson P, 2004

-catenin

c-AMP

Ca2+

PCI terminal tail (Caplan)Exosome Hogan JASN2009