Glomerulogenesis and renal tubular differentiation : role of HNF1β

par Arianna Fiorentino

Thèse de doctorat en Développement

Sous la direction de Evelyne Fischer.

Soutenue le 13-12-2016

à Sorbonne Paris Cité , dans le cadre de École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris) , en partenariat avec Université Paris Descartes (1970-2019) (établissement de préparation) et de Institut cochin (laboratoire) .

Le président du jury était Jean-Claude Dussaule.

Le jury était composé de Evelyne Fischer, Jean-Claude Dussaule, Jean-Jacques Boffa, Yves Allory, Remi Salomon, Marco Pontoglio.

Les rapporteurs étaient Jean-Jacques Boffa, Yves Allory.

  • Titre traduit

    Glomérulogenèse et différenciation tubulaire rénale : rôle de HNF1β


  • Résumé

    HNF1beta (Hepatocyte Nuclear Factor 1 beta) est un facteur de transcription exprimé dans les cellules épithéliales de différents organes tels que le pancréas, l'intestin et les reins. La présence d'anomalies rénales représente le trait phénotypique le plus pénétrant chez les patients porteurs de mutations de HNF1B, associées ou non à un diabète de type MODY (MODY5). Au cours de ma thèse, j'ai analysé le rôle de ce facteur de transcription dans différents compartiments du rein de souris et à différentes périodes, en utilisant une stratégie Cre LoxP. Notre laboratoire a précédemment montré que l'inactivation Hnf1b spécifiquement dans les précurseurs du néphron (Six2Cre) provoque la perte de spécification et d’expansion tubulaires, et la formation de kystes glomérulaires. L'analyse des processus morphogénétiques pendant la glomerulogenèse en l'absence de HNF1beta m'a amenée à proposer un nouveau mécanisme de formation des kystes glomérulaires. Dans les néphrons mutants, la connexion entre le glomérule et le composant tubulaire est anormalement localisée à l'intérieur de la coupe glomérulaire. En raison de cette configuration inhabituelle, le tubule est entouré de capillaires et de cellules mésangiales, conduisant à un rétrécissement de la lumière tubulaire. Lorsque la filtration glomérulaire débute, la production de l'urine primitive provoquerait la dilatation de la capsule de Bowman entrainant la formation de kystes glomérulaires. Dans la deuxième partie de ma thèse, j'ai analysé le rôle de HNF1beta dans des cellules tubulaires en prolifération versus en quiescence, en inactivant ce gène dans les tubules rénaux à deux périodes post-natales (Ksp-CreERT2 inductible). Mes résultats ont montré que l'inactivation de Hnf1b pendant l’élongation tubulaire conduit à une polykystose rénale, comme déjà décrit précédemment dans notre laboratoire. L'analyse de ce nouveau modèle inductible d’inactivation de Hnf1b a également souligné pour la première fois un phénotype fibrotique dans le tissu entourant les kystes. L'inactivation plus tardive, dans des cellules quiescentes se caractérise par la présence d'une fibrose focale et de dilatations tubulaires. Par ailleurs, les cellules tubulaires proximales déficientes en HNF1beta présentent une perte partielle de différenciation épithéliale, caractérisée par une expression réduite de marqueurs tubulaires (LTL) et l'expression de novo de la vimentine. Au niveau moléculaire, l'expression de Zeb2, facteur de transcription impliqué dans la transition épithéliomésenchymateuse, est augmentée. Cela est dû à la régulation négative de son inhibiteur miR200, une cible directe de HNF1beta. Enfin, l’analyse des données transcriptomiques a montré que deux voies de signalisation majeures sont perturbées aux deux périodes d’inactivation. Les voies contrôlant le développement et la différenciation des néphrons sont gravement compromises et les cascades de signalisations pro-inflammatoires et fibrotiques sont fortement surexprimés. Dans leur ensemble, ces résultats ont amélioré nos connaissances du rôle de HNF1beta au cours de la glomérulogenèse et dans le rein adulte.


  • Résumé

    Hepatocyte Nuclear factor 1 beta (HNF1beta) is a transcription factor expressed in epithelial cells of different organs, such as pancreas, intestine and kidney. The most penetrant phenotypic trait in patients carrying HNF1B mutations is the presence of renal abnormalities, frequently associated with Maturity Onset Diabetes of the Young type 5 (MODY5). During my thesis, I analyzed the role played by this transcription factor in different compartments and at different time points in mouse kidney, using a Cre LoxP strategy. Our laboratory has previously shown that Hnf1b specific inactivation in the epithelial nephron precursors cells (Six2Cre) leads to defective tubular specification and expansion and to the formation of glomerular cysts. The analysis of the morphogenetic processes of glomerulogenesis in the absence of HNF1beta led me to propose a new mechanism of glomerular cyst formation. In mutant nephron, the connection between the glomerulus and the tubular component is abnormally trapped inside the glomerular cup. Due to this unusual configuration, the trapped tubule is surrounded by capillaries and mesangial cells, leading to a constriction of the urinary glomerular outflow. When filtration starts, the production of the primary urine might induce the dilation of the Bowman capsule and the formation of glomerular cyst. In the second part of my thesis, I analyzed the role played by Hnf1b in proliferative versus quiescent tubular cells, by inactivating this gene in renal tubules at different time points (inducible Ksp-CreERT2). My results showed that Hnf1b inactivation during postnatal tubular elongation leads to polycystic kidney disease, as previously described in our laboratory. Analysis of this new inducible model of Hnf1b inactivation also highlighted for the first time a fibrotic phenotype in the tissue surrounding the cysts. The later inactivation in a more quiescent status is characterized by the presence of focal tubulointerstitial fibrosis and tubular dilation. Interestingly, in this context, Hnf1b-deficient proximal tubular cells present a partial loss of epithelial differentiation, characterized by a reduced expression of tubular markers (LTL) and de novo expression of vimentin. At the molecular level, the expression of Zeb2, a transcription factor involved in epithelial to mesenchymal transition, is increased. This is due to the downregulation of its inhibitor miR200, a direct target of HNF1beta. Finally, transcriptomical analyses in postnatal and postweaning periods showed that two major pathways are commonly affected. The development and differentiation of nephrons are severely compromised and pro-inflammatory and fibrotic signaling cascades are strongly upregulated. All together these results improved our knowledge about the role of HNF1beta in glomerulogenesis and adult kidney.

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