Baten, Bijan (2025). Ciliary and Nuclear Characterization of NPHP9 (NEK8) and NPHP10 (SDCCAG8) Proteins in the Context of Nephronophthisis. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Nephronophthisis (NPH) is an autosomal recessive kidney disease with renal cysts and fibrotic degeneration of the kidney as hallmarks. These changes lead to a progressive loss of kidney function. NPH is the most common monogenetic cause of end-stage kidney failure before the age of 30 with dialysis or kidney transplantation as the only therapeutic options. NPH belongs to the family of renal ciliopathies, as it is caused by pathogenetic variants in the NPHP genes (NPHP 1-20), which encode proteins localized to primary cilia. Cilia are antennae-like, sensory organelles present on the apical surface of tubular epithelial cells, from where they project into the tubular lumen. In the present work, we studied the function of two NPH proteins, Serologically defined colon cancer antigen 8 (SDCCAG8; NPHP10) and Never in mitosis gene A (NIMA)-related kinase-8 (NEK8; NPHP9) and aimed to understand how their loss might affect the signaling of tubular cells. First, we aimed to overexpress the two proteins SDCCAG8 and NEK8 with a Flag or GFP tag in mouse kidney cells using a single-copy integration system. Both confocal microscopy and immunoblotting could not confirm localization and expression. In the second approach, we used Crispr/Cas9-mediated genome editing to create knockout cell lines (KO) of the SDCCAG8 and NEK8 genes, respectively. Four cell lines with SDCCAG8-KO and one cell line with NEK8-KO were successfully established. These KOs were validated by DNA sequencing and quantitative polymerase chain reaction (qPCR). Moreover, we successfully generated interactomes for NEK8 and SDCCAG8 by transiently transfecting the KO cells with the proteins of interest. Moreover, we performed a kinase activity screen, through which numerous differences in kinase activities and signaling pathways could be identified between wild-type and NEK8- or SDCCAG8- deficient cells. Taken together, despite the fact that SDCCAG8 and NEK8 are very low-abundant proteins, their loss has significant effects on cellular signaling networks and pathways. Our findings might contribute to the understanding of signaling pathways and kinase activities altered in NPH. They could help to unravel not only the function of SDCCAG8 and NEK8 proteins in signaling networks but also the disease-causing pathophysiology underlying fibrosis, cyst formation, and cell death. A more detailed understanding of these mechanisms will be essential for establishing suitable future therapeutic strategies for kidney diseases.

Item Type: Thesis (PhD thesis)
Translated title:
Title
Language
Ziliäre und nukleäre Charakterisierung der NPHP9 (NEK8) und NPHP10 (SDCCAG8)- Proteine ​​im Kontext der Nephronophthise
German
Translated abstract:
Abstract
Language
Nephronophthise (NPH) ist eine autosomal-rezessive Nierenerkrankung, die durch Zystennieren und fibrotische Degeneration der Niere gekennzeichnet ist. Die NPH ist die häufigste genetische Ursache für chronisches Nierenversagen vor dem 30. Lebensjahr. Dialyse oder Nierentransplantation stellen derzeit die einzigen verfügbaren therapeutischen Optionen dar. Die NPH gehört zur Familie der renalen Ziliopathien. Sie wird verursacht durch pathogenetische Varianten in den NPHP-Genen (NPHP 1-20), die für Proteine in primäre Zilien kodieren. Zilien sind sensorische Organellen an der apikalen Oberfläche von Tubulusepithelzellen, welche in der Chemo- und Mechanotransduktion der Zelle sowie im Zellzyklus eine maßgebliche Rolle spielen. In der vorliegenden Arbeit wurde die Funktion zweier NPH-Proteine, des Serologically defined colon cancer antigen 8 (SDCCAG8; NPHP10) und der NIMA Related Kinase 8 (NEK8; NPHP9) studiert. Das Hauptaugenmerk lag darauf, zu untersuchen, wie sich der Verlust dieser Proteine auf die Biologie und Signaltransduktion von Tubuluszellen auswirkt. Zunächst wurden SDCCAG8 und NEK8 mit einem Flag- oder GFP-Tag in Nierenzellen der Maus mit Hilfe eines Single-Copy-Integrationssystems überexprimiert. Sowohl konfokale Mikroskopie als auch Western Blotting konnten jedoch die korrekte Lokalisierung und Expression nicht bestätigen. In einem zweiten Ansatz verwendeten wir die CRISPR/Cas9-Methode, um stabile Knockout-Zelllinien (KO) der Gene SDCCAG8 und NEK8 zu generieren. Vier Zelllinien mit SDCCAG8-KO und eine Zelllinie mit NEK8-KO wurden erfolgreich etabliert. Diese wurden durch DNA-Sequenzierung und quantitative Polymerase-Kettenreaktionen (qPCR) validiert. Darüber hinaus haben wir erfolgreich Interaktome für NEK8 und SDCCAG8 erstellt, indem wir KO-Zellen mit den jeweiligen Genen transfiziert haben. Weiterhin führten wir ein Kinase-Aktivitäts-Screening der KO-Zellen durch, bei dem zahlreiche Unterschiede in den Kinase-Aktivitäten und Signalwegen zwischen Wildtyp- und NEK8- oder SDCCAG8-defizienten Zellen identifiziert wurden. Trotz der niedrigen Proteinexpression von SDCCAG8 und NEK8 zeigen deren Verluste signifikante Auswirkungen auf zelluläre Signalwege. Die in dieser Arbeit vorgelegten Ergebnisse tragen dazu bei, die Funktion von SDCCAG8 und NEK8 in Signalnetzwerken zu entschlüsseln und die krankheitsverursachende Pathophysiologie, die mit Fibrose, Zystenbildung und Zelltod in Zusammenhang steht, besser zu verstehen. Ein detailliertes Verständnis dieser Mechanismen wird für die Entwicklung geeigneter künftiger therapeutischer Strategien für Nierenkrankheiten von entscheidender Bedeutung sein.
German
Creators:
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Email
ORCID
ORCID Put Code
Baten, Bijan
bijan.baten@yahoo.com
UNSPECIFIED
UNSPECIFIED
URN: urn:nbn:de:hbz:38-791302
Date: 2025
Language: English
Faculty: Faculty of Medicine
Divisions: CECAD - Cluster of Excellence Cellular Stress Responses in Aging-Associated Diseases
Subjects: Medical sciences Medicine
Uncontrolled Keywords:
Keywords
Language
Nephronophthisis
English
Ciliopathies
English
Nephrology
English
Date of oral exam: 11 September 2025
Referee:
Name
Academic Title
Schermer, Bernhard
Prof. Dr. med.
Wodarz, Andreas
Univ.-Prof. Dr. rer. nat.
Refereed: Yes
URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/79130

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