Universität zu Köln

Ising, Christina (2014). The role of prohibitin-2 in podocytes – mitochondrial function and beyond. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Diseases of the kidney filtration barrier are a major cause of renal failure and cardiovascular mortality. Podocytes maintain the glomerular filtration barrier and podocyte dysfunction leads to the development of glomerulosclerosis, i.e. glomerular scarring. Mutations in the SPFH domain containing protein podocin, which is localized to the specialized cell-cell contact of podocytes, the slit diaphragm, can cause one of the most frequent glomerulopathies, FSGS. Podocin is one of the most extensively studied proteins in podocytes but nothing is known about other SPFH domain containing proteins in podocytes so far. Since it has been speculated that mitochondrial dysfunction may contribute to podocyte injury in glomerular diseases this thesis work investigated the podocyte-specific function of a mitochondrially localized SPFH domain containing protein, prohibitin-2 (PHB2). PHB2 is important for maintaining normal cristae structures and proper mitochondrial function. Podocyte-specific loss of PHB2 in mice resulted in the development of progressive albuminuria, glomerulosclerosis and endstage renal failure. Unexpectedly, immunofluorescence stainings and immunogold labeling detected PHB2 not only in mitochondria but also at the slit diaphragm. PHB2 co-precipitated with podocin, thereby suggesting an extramitochondrial role of PHB2 at the slit diaphragm. Supporting these results, the ortholog of PHB2 in C. elegans was also not restricted to mitochondria but associated with a mechanosensory complex containing the podocin ortholog MEC 2. Given the high similarity of the mechanosensory complex in worms and the slit diaphragm complex in mammals, functional assays of the mechanosensor were performed. Knockdown of phb-2 as well as loss of mec-2 in the mechanosensitive neurons resulted in impaired touch sensitivity, showing a functional impact of PHB2 on this conserved protein-lipid supercomplex. Furthermore, it was shown before that loss of insulin signaling increases lifespan of Phb2/phb-2 deficient yeast and worms. Therefore, apart from the findings at the slit diaphragm, the impact of PHB2 on podocyte metabolism was investigated. Phb2 deficiency in podocytes led to increased activity of mTORC1. Treatment of these animals with rapamycin or additional knockout of the insulin and IGF-1 receptor prolonged survival despite progressive albuminuria. Collectively, these data indicate that loss of PHB2 at the slit diaphragm resulted in the development of albuminuria but loss of podocytes was dependent on metabolic dysregulation.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Erkrankungen des Nierenfilters stellen eine der Hauptursachen für Nierenversagen und kardiovaskuläre Mortalität dar. Podozyten sind ein wichtiger Bestandteil der glomerulären Filtrationsbarriere und eine podozytäre Dysfunktion führt zur Proteinurie und Glomerulosklerose, d.h. glomerulären Vernarbung. Mutationen in dem SPFH-Domänen-Protein Podocin, das an den spezialisierten Zell-Zell-Kontakt von Podozyten, die Schlitzmembran, lokalisiert, führen zu einer der häufigsten Glomerulopathien, der FSGS. Podocin gehört zu den am meisten untersuchten Proteinen im Podozyten, jedoch ist über weitere SPFH-Domänen-Proteine in diesem Zelltyp bisher nichts bekannt. Da spekuliert wird, dass eine mitochondriale Dysfunktion zum Podozytenschaden in glomerulären Erkrankungen beitragen könnte, beschäftigt sich diese Doktorarbeit mit der podozyten-spezifischen Funktion eines mitochondrial-lokalisierten SPFH-Domänen-Proteins, Prohibitin-2 (PHB2). PHB2 ist unter anderem wichtig für den Aufbau und Erhalt der Cristae-Strukturen sowie normale mitochondriale Funktionen. Der Podozyten-spezifische Verlust von PHB2 führt in Mäusen zur Entwicklung einer fortschreitenden Albuminurie, Glomerulosklerose und terminalem Nierenversagen. Dabei konnten Immunfluoreszenz- und Immunogoldfärbungen PHB2 nicht nur in Mitochondrien, sondern auch an der Schlitzmembran nachweisen. PHB2 ko präzipitierte mit Podocin, was eine extramitochondriale Rolle von PHB2 an der Schlitzmembran nahelegt. Darüber hinaus fand sich das PHB2-Ortholog in C. elegans nicht nur in Mitochondrien, sondern auch im mechanosensorischen Komplex, der das Podocin-Ortholog MEC 2 enthält. In Anbetracht der hohen Vergleichbarkeit des mechanosensorischen Komplexes in Würmern und dem Schlitzmembrankomplex in Säugern wurden funktionelle Assays des Mechanosensors durchgeführt. Sowohl eine verringerte phb 2 Expression als auch der Verlust von mec-2 in den mechanosensitiven Neuronen führte zu einer verringerten Berührungssensitivität. Dies deutet auf einen funktionellen Einfluss von PHB2 auf diesen konservierten Protein-Lipid-Superkomplex hin. Ferner wurde bereits gezeigt, dass der Verlust des Insulinsignalweges die Lebensspanne von Phb2/phb 2 defizienten Hefen und Würmern verlängert. Deshalb wurde – unabhängig von den Erkenntnissen an der Schlitzmembran – der Einfluss von PHB2 auf den Metabolismus von Podozyten untersucht. Eine Phb2 Defizienz in Podozyten führt zu einer erhöhten Aktivierung von mTORC1. Die Behandlung dieser Tiere mit Rapamycin sowie der zusätzliche Verlust des Insulin- und IGF-1 Rezeptors verlängerten das Überleben der Tiere trotz fortschreitender Albuminurie. Zusammengefasst bedeutet dies, dass das Fehlen von PHB2 an der Schlitzmembran zur Entstehung der Albuminurie beiträgt, während der Verlust der Podozyten vermutlich auf eine metabolische Dysregulierung in Folge einer Dysregulation des Insulin/mTOR-Signalweges zurückzuführen ist. UNSPECIFIED
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Ising, Christina christina.ising@uk-koeln.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-56233
Date:	2014
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Biology > Institute for Genetics
Subjects:	Natural sciences and mathematics Life sciences Medical sciences Medicine
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language podocyte English prohibitin-2 English mTOR signaling English
Date of oral exam:	20 January 2014
Referee:	Name Academic Title Langer, Thomas Prof. Dr. Benzing, Thomas Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/5623