Experimental and genetic studies on podocyte molecules CD2AP and SHIP2 in diabetic nephropathy

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-10-9562-7
Title: Experimental and genetic studies on podocyte molecules CD2AP and SHIP2 in diabetic nephropathy
Author: Hyvönen, Mervi
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Medicine, Haartman Institute, Department of Pathology
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Diabetic nephropathy is the renal complication of diabetes. It is associated with high mortality, especially for cardiovascular disease. Many of the risk factors and metabolic features, such as insulin resistant and inflammatory state, are shared between the renal and cardiovascular complications. Diabetic nephropathy is known to cluster in families, but its genetic background has not been revealed. Podocyte injury has a central role in the pathogenesis of diabetic nephropathy, but the mechanisms are far from completely understood. The studies in this thesis aimed to increase the knowledge of the pathophysiological processes of diabetic nephropathy by studying two molecules expressed in podocytes, CD2AP and SHIP2, and by characterising the development of the renal injury in a mouse model with early-onset diabetes. Lipid phosphatase SHIP2 was identified as a new interaction partner of CD2AP, an adaptor protein essential for podocyte function. SHIP2 was shown to be expressed in the glomerular podocytes, and to be translocated to the plasma membrane in response to insulin. The interaction of CD2AP and SHIP2 was not dependent on insulin stimulation, in contrast, CD2AP was found to bind only to the non-tyrosine-phosphorylated form of SHIP2. Overexpression of SHIP2 in cultured podocytes was found to reduce the activation of protein kinase Akt in response to insulin, and to promote apoptosis. Elevated expression of SHIP2 was detected in the glomeruli of diabetic mice and rats. A candidate gene approach was used to investigate if polymorphisms in CD2AP or INPPL1 (encoding for SHIP2 protein) genes are associated with diabetic nephropathy. The study subjects were from the Finnish Diabetic Nephropathy Study, and they all had type 1 diabetes. CD2AP and INPPL1 genes were not associated with diabetic nephropathy per se, but INPPL1 was associated with the metabolic syndrome in male patients with diabetes, and CD2AP with end stage renal disease in patients with diabetes. The associations between polymorphisms in the CD2AP gene and end stage renal disease were confirmed in meta-analysis of the original and additional European cohorts. The transgenic E1-DN mice are diabetic due to impaired postnatal growth of β-cell mass. The renal injury is secondary to persistent hyperglycaemia. The homozygous E1-DN mice were found to develop albuminuria, and histological and structural changes including mesangial expansion, thickening of the glomerular basement membrane and podocyte foot process widening. Reduced expression of nephrin, increased glomerular apoptosis and tubular proliferation were identified as potential mechanisms of renal injury. The upregulation of SHIP2 demonstrates a possible mechanism for insulin resistance in podocytes, and may be involved in increased podocyte apoptosis in diabetes. The results of the genetic analyses suggest that variants in INPPL1 gene may contribute to susceptibility to the metabolic syndrome, and variants in the CD2AP gene to susceptibility to end stage renal disease, in patients with type 1 diabetes. Diabetic E1-DN mice develop substantial albuminuria and glomerular injury resembling human diabetic nephropathy and can serve as a new model to study the mechanisms of diabetic nephropathy.Diabeettinen nefropatia eli diabetekseen liittyvä munuaissairaus aiheuttaa paljon sairastavuutta diabetespotilaille. Siihen liittyy myös lisääntynyt riski sydän- ja verisuonisairauksiin ja kuolleisuus. Monet riskitekijöistä, kuten kohonnut verenpaine ja rasva-aineenvaihdunnan häiriöt, ovatkin yhteisiä munuais- ja sydän- ja verisuonisairaudelle diabeteksen liitännäissairauksina. Kudostasolla molempiin liittyy lisääntynyt insuliiniresistenssi ja tulehdusreaktio. Munuaiskeräsen epiteelisolujen eli podosyyttien vaurio on keskeisessä osassa diabeettisen nefropatian kehittymisessä, molekyylitasolla vaurion mekanismit tunnetaan kuitenkin vielä huonosti. Tämän väitöskirjan tavoitteena oli lisätä tietämystä vaurion mekanismeista tutkimalla kahta podosyyttimolekyyliä sekä kartoittamalla munuaisvaurion kehittymistä diabeettisessa hiirimallissa. Tutkimuksessa todettiin, että podosyyttien toiminnalle välttämätön välittäjäproteiini CD2AP sitoutuu lipidifosfataasi SHIP2:een. SHIP2 ilmentyy podosyyteissä ja siirtyy solukalvolle vasteena insuliinistimulaatioon. SHIP2:n yliekspressio viljellyissä podosyyteissä vaimensi niiden insuliinivastetta ja lisäsi solukuolemaa. Diabeettisten hiirien ja rottien munuaiskeräsissä todettiin kohonnut SHIP2-taso. Tutkimuksessa analysoitiin myös, liittyvätkö CD2AP- ja SHIP2-geenien variaatiot lisääntyneeseen diabeettisen nefropatian riskiin suomalaisilla nuoruustyypin diabetespotilailla. Geenit eivät liittyneet suoraan diabeettiseen nefropatiaan, mutta SHIP2:n todettiin assosioituvan metaboliseen oireyhtymään, ja CD2AP:n loppuvaiheen munuaistautiin diabetespotilailla. Muuntogeenisille E1-DN-hiirille kehittyy alentuneen insuliinin tuotannon vuoksi varhainen diabetes, ja korkean verensokerin seurauksena munuaisvaurio. Diabeettisille E1-DN-hiirille kehittyy valkuaisvirtsaisuus ja diabeettiselle nefropatialle tyypillisiä histologisia ja rakenteellisia muutoksia munuaisiin. Mahdollisina vauriomekanismeina todettiin alentunut nefriini-proteiinin ilmentyminen, lisääntynyt apoptoottinen solukuolema munuaiskeräsissä sekä lisääntynyt solujen jakautuminen munuaistiehyissä. Nämä tulokset tuovat esiin lisääntyneen SHIP2-proteiinin ilmentymisen diabeteksessa mahdollisena tekijänä podosyyttien insuliiniresistenssissä ja podosyyttien apoptoosissa. Geneettisten tutkimusten tulokset ehdottavat, että SHIP2-geenin variaatiot voivat altistaa diabetespotilaan metaboliselle oireyhtymälle ja CD2AP:n variaatiot loppuvaiheen munuaistaudille. Diabeettisille E1-DN-hiirille kehittyy valkuaisvirtsaisuus ja munuaiskerästen vaurio, jotka muistuttavat ihmisen diabeettista munuaistautia, ja täten näitä hiiriä voidaan käyttää diabeettisen nefropatian mekanismien tutkimiseen.
URI: URN:ISBN:978-952-10-9562-7
http://hdl.handle.net/10138/42190
Date: 2013-12-13
Subject: lääketiede
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
hyvonen_dissertation.pdf 9.773Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record