Universität zu Köln

Schlößer, Lukas (2022). The role of GLIS2 in maintenance of genome integrity in the development of nephronophthisis. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Nephronophthisis (NPH) is an autosomal-recessive inherited ciliopathy and the most common genetically determined cause of end-stage renal disease in early childhood. Kidney failure is due to the development of excessive fibrosis and cysts at the corticomedullary border in the kidneys of these patients, which replace the functional kidney tissue. Today mutations in ≥20 different genes have been identified to cause NPH. The pathogenesis of NPH seems to be complex and to differ among the NPH subtypes, as well as the exact mechanisms remain largely unknown so far. One unifying concept is the presence of almost all NPH proteins at the base of or in primary cilia. In 2012 the first link between two NPH proteins (ZNF423 and CEP164) and the DDR pathway was identified, providing a new perspective on the pathogenesis of NPH. This finding led to the hypothesis that the DDR in cells lacking one of those NPH proteins is impaired, making the cell more susceptible to genotoxic influences like extracellular genotoxic substances or replication stress leading to the accumulation of DNA damage. This accumulation of DNA damage leads to the induction of cellular programs such as apoptosis and cellular senescence. Furthermore, DNA damage is also a trigger for the innate immune response, which might cause immune cell infiltration in the kidney tissue, providing a profibrotic environment for the tubule epithelial cells in the context of NPH, thus promoting EMT. Seven NPH proteins have been linked to roles in the DDR so far. We focused on GLIS2, which has been identified as NPHP7 7. Because of its primary localization in the nucleus, its known functions in the regulation of transcription, and the finding of activated DDR in GLIS2 knock-out cells, it was reasonable to assume that GLIS2 also plays a crucial role in the DDR. We generated the first GLIS2 interactome derived from mass spectrometry-based analysis of immunoprecipitates from stable cell lines expressing low levels of wild-type GLIS2 and two truncations. Interestingly, this revealed key components of DDR pathways like PARP1, DNA-PKcs, and RAD50. These data support a potential role of GLIS2 in the DDR and thus in the maintenance of genome integrity. Furthermore, many ciliary proteins were also found in this interactome, providing evidence for a ciliary localization of GLIS2.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Nephronophthise (NPH) ist eine autosomal-rezessiv vererbte Erkrankung aus der Gruppe der Ziliopathien und die häufigste genetisch-bedingte Ursache einer Niereninsuffizienz im Kindesalter. Die Entstehung der Niereninsuffizienz bei diesen Patienten ist durch eine massive Fibrose des Nierengewebes und die Ausbildung von Zysten am kortikomedullären Übergang bedingt. Bis jetzt wurden Mutationen in ≥20 verschiedenen Genen als ursächlich identifiziert. Die Pathogenese der NPH ist komplex, scheint zwischen den unterschiedlichen Subtypen zu divergieren und ist weitestgehend unverstanden. Eine Gemeinsamkeit ist das Vorhandensein von fast allen NPH-Proteinen an der Basis des Primärziliums oder im ziliären Kompartiment. Im Jahre 2012 erschien die erste Publikation, welche zwei NPH-Proteine (ZNF423 und CEP164) mit Funktionen im Rahmen des DDR in Verbindung brachte und dadurch eine neue Perspektive auf die Pathogenese der NPH eröffnete. Auf Basis dessen wurde die Hypothese formuliert, dass Zellen, in denen eines der NPH-Proteine fehlt und damit der DDR beeinträchtigt ist, anfälliger für gentoxische Einflüsse sind, was schließlich zur Akkumulation von DNA-Läsionen führt 19. Die Akkumulation von DNA-Läsionen führt zur Initiation zellulärer Programme wie Apoptose oder zellulärer Seneszenz. Darüber hinaus stellen DNA-Läsionen einen Stimulus für die Aktivierung des angeborenen Immunsystems dar, was zu einer Immunzellinfiltration des Nierengewebes führen könnte und dadurch eine profibrotische Umgebung für tubuläre Epithelzellen und deren epithelial-mesenchymale Transition bedingen könnte. Bisher sind sieben NPH-Proteine mit Funktionen im Rahmen des DDR in Verbindung gebracht worden. Im Mittelpunkt dieser Arbeit steht GLIS2, welches - im Falle einer Mutation - zu NPH Typ 7 führt 7. Aufgrund seiner nukleären Lokalisation und dessen bereits bekannten Funktionen im Rahmen der Regulierung der Transkription von verschiedenen Genen und eines aktivierten DDR in GLIS2 knock-out Zellen, liegt es nahe zu vermuten, dass GLIS2 wichtige Funktionen im DDR besitzt. Dazu wurde das erste GLIS2-Interactom, basierend auf der massenspektrometrischen Analyse von Immunpräzipitaten von stabilen polyklonalen Zelllinien, welche Wild-Typ GLIS2 in niedrigen nahezu physiologischen Leveln beziehungsweise zwei weitere GLIS2-Varianten exprimieren, generiert. Interessanterweise konnten, entsprechend der zugrundeliegenden Hypothese, Hauptkomponenten der DDR-Signalwege wie PARP1, DNA-PKcs und RAD50 unter den Interaktoren nachgewiesen werden. Die Daten legen somit eine potentielle Rolle von GLIS2 im Rahmen des DDR und der damit verbundenen Aufrechterhaltung genomischer Integrität nahe. Darüber hinaus wurden zahlreiche Proteine des ziliären Kompartiments identifiziert, was auf eine Lokalisation von GLIS2 im Bereich des Primärziliums hinweist. UNSPECIFIED
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Schlößer, Lukas lukas-schloesser11@web.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-645243
Date:	21 November 2022
Language:	English
Faculty:	Faculty of Medicine
Divisions:	Faculty of Medicine > Innere Medizin > Klinik II für Innere Medizin - Nephrologie, Rheumatologie, Diabetologie und Allgemeine Innere Medizin
Subjects:	Medical sciences Medicine
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Nephronophthisis English Primary cilium English Nephrology English GLIS2 UNSPECIFIED
Date of oral exam:	21 November 2022
Referee:	Name Academic Title Schermer, Bernhard Professor Dr. med. Schumacher, Björn Universitätsprofessor Dr. rer. nat.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/64524