Rôle du facteur de transcription HNF1B dans la tubulogénèse rénale chez la souris - Thèses de l'Université Pierre et Marie Curie Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2015

Function of the transcription factor HNF1B in renal tubulogenesis in mouse

Rôle du facteur de transcription HNF1B dans la tubulogénèse rénale chez la souris

Résumé

Mammalian kidney is an essential excretory organ that regulates fluid balance, osmolarity and pH. It also ensures blood filtration to excrete metabolism end products and drugs. The initiation of definitive mammalian kidney development is marked by the emergence of the ureteric bud (UB) from the Wolffian Duct (WD). The UB subsequently undergoes a complex and stereotyped process of branching to give rise to the entire urinary collecting duct (CD) system and the ureter. As the UB undergoes branching morphogenesis, the tip cells control multiple events including mesenchymal-to-epithelial conversion and subsequent formation of regionalized nephrons, the filtering units of the kidney. The POUhomeodomain transcription factor HNF1B plays a critical role in the early differentiation of various organs including pancreas, liver and kidney. In humans, HNF1B heterozygous mutations cause the complex syndrome known as Renal Cysts and Diabetes, characterized by kidney, genital tracts and pancreas abnormalities as well as early onset of Diabetes. Our lab has previously shown that HNF1B is involved in early mouse kidney development for UB timing outgrowth and branching, as well as for induction of nephrogenesis. However, Hnf1b is also expressed during branching in UB and CDs, and at every nephrogenesis steps, suggesting a later and specific role during both processes. Given the reciprocal interactions between the UB and the metanephric mesenchyme, to discriminate the specific Hnf1b functions in these compartments, we inactivated this gene individually in those two tissues, through the use of appropriate Cre-recombinase mouse lines. Hnf1b-specific inactivation in nephron progenitors, using the Wnt4-EGFPCre mouse line, leads to mutant newborns death soon after birth, with mild hypoplastic kidneys that lack all nephron segments but exhibit rather correct UB branching. Mutant renal vesicles develop and polarize normally but fail to progress to correctly patterned “S” shaped bodies (SSB). This is associated with strong downregulation of the Notch pathway components Lfng, Dll1 and Jag1 and the Irx1/2 factors, which are potential regulators of proximal and Henle’s loop segment fates. Moreover, HNF1B is recruited in vivo to the regulatory sequences of most of these genes. Overexpression of a HNF1B dominant-negative construct in Xenopus embryos causes downregulation specifically of proximal and intermediate pronephric segment markers. Our results show that HNF1B is required for the acquisition of a proximointermediate segment fate in vertebrates, thus uncovering a previously unappreciated function of a novel SSB subcompartment in global nephron segmentation and further differentiation. By removal of Hnf1b from the WD and the UB using the Hoxb7-Cre mouse line, we observe multiple urogenital tract abnormalities in part due to an early mosaic Hoxb7-Cre activity. Analyzing kidney tree architecture, we found that tips number and length are massively reduced and UB branching is severely miss-patterned in mutants. Combining the Hnf1b mosaic deletion with a reporter line expressing a membrane-associated fluorescent protein EGFP or Tomato, we developped an original genetic approach that allows visualize the behavior of recombined and WT cells within the UB branches. By time lapse on organotypic kidney cultures we observe, at different stages, that cells lacking Hnf1b become excluded from the UB tips. This suggests that HNF1B may be required cell autonomously at the tip domain for the branching process. Moreover, collecting duct cell polarity appears impaired in mutants and do not further maturate properly becoming either dilated or over cystic both in vivo and in vitro [...]
Le rein du Mammifère est un organe essentiel dont le rôle est de maintenir l’homéostasie et de purifier le sang en éliminant les déchets issus du métabolisme. Le développement du rein définitif, débute par l’émergence du bourgeon urétéral (BU) au niveau de l’extrémité postérieure du canal néphrique (CN). Le BU subit ensuite un processus complexe d’arborisations stéréotypées aboutissant à la formation du système de canaux collecteurs (CC) et de l’uretère. A chaque nouvelle arborisation, l’invasion de l’épithélium induit la condensation du mésenchyme adjacent pour former des agrégats pré-tubulaires, précurseurs des unités de filtration du rein, les néphrons. Ainsi, les deux structures tubulaires épithéliales rénales que constituent les CCs et les néphrons se développent de façon coordonnée par des mécanismes différents finement régulés. Le facteur de transcription HNF1B joue un rôle essentiel dans la morphogenèse d’organes complexes tels, que le rein, le pancréas ou le foie. Chez l’Homme, les mutations hétérozygotes de HNF1B entraînent l’apparition du syndrome « Renal Cysts And Diabetes » (RCAD), caractérisé par un diabète précoce, une hypoplasie pancréatique ainsi que des défauts de morphogenèse des tubules rénaux et du tractus génital. Notre laboratoire a montré que HNF1B est requis durant le développement précoce du rein, pour l’émergence du BU et l’initiation de la néphrogenèse chez la souris. Hnf1b s’exprime aussi plus tardivement lors de la formation du néphron et dans l’ensemble des CCs, suggérant ainsi un rôle plus tardif et spécifique dans ces structures. Étant donné les interactions réciproques existant entre le mésenchyme métanéphrique et le BU, et pour discriminer les fonctions spécifiques de Hnf1b dans chacun de ces compartiments, nous avons inactivé ce gène dans ces deux populations de cellules grâce à une stratégie d’invalidation conditionnelle chez la Souris. L’invalidation conditionnelle de Hnf1b dans les progéniteurs des néphrons avec la lignée Wnt4-EGFPCre entraîne une létalité précoce des mutants associée à une hypoplasie rénale. Les mutants présentent une arborisation normale mais ne développent aucun néphron. Ce défaut est associé à une diminution de l’expression de composants de la voie Notch (Lfng, Dll1, Jag1) et des facteurs Irx1/2 qui sont respectivement des régulateurs potentiels de la spécification des segments proximal et intermédiaire. De plus, HNF1B est recruté in vivo au niveau des séquences régulatrices de ces gènes. La surexpression d’une forme dominant-négatif de HNF1B dans des embryons de Xénope provoque la diminution de l’expression de marqueurs spécifiques des segments proximal et intermédiaire du pronéphros montrant ainsi que la fonction de HNF1B semble conservée au cours de l’évolution des Vertébrés. L’inactivation de Hnf1b dans le CN et ses dérivés, avec la lignée HoxB7-Cre, entraîne de multiples anomalies urogénitales, en partie dues à une activité mosaïque de la Cre-recombinase. L’analyse de l’architecture des branches du BU montre que le nombre d’extrémités ainsi que leur longueur sont massivement réduits chez les mutants. En outre, la géométrie générale de l’organe apparaît désordonnée. En associant l’invalidation mosaïque de Hnf1b avec une lignée portant un rapporteur fluorescent membranaire EGFP ou Tomato selon que les cellules sont recombinantes ou non, nous avons pu suivre par imagerie en temps réel le comportement des cellules lors de l’arborisation du BU. Les cellules mutantes apparaissent exclues des extrémités des branches ce qui suggère que HNF1B pourrait y agir de façon autonome-cellulaire pour promouvoir l’arborisation. De plus, la polarité des cellules des CCs semble perdue chez les mutants et le système collecteur ne peut se différencier correctement. On observe alors l’apparition de dilatations, voire même de kystes, dans les CCs, à la fois in vivo et in vitro [...]
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03118983 , version 1 (22-01-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03118983 , version 1

Citer

Audrey Desgrange. Rôle du facteur de transcription HNF1B dans la tubulogénèse rénale chez la souris. Biologie du développement. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2015. Français. ⟨NNT : 2015PA066741⟩. ⟨tel-03118983⟩
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