Loss of planar cell polarity gene fuzzy leads to defective branching morphogenesis and cystogenesis in embryonic kidneys

Abstract (English)Background: The PCP effector gene Fuzzy is essential for organogenesis. In Drosophila, it is critical for establishing planar cell polarity via controlling the actin cytoskeleton. In vertebrates, the role of Fuzzy is less clear, but it appears to control some aspects of trafficking protein cargos to the basal body. Fuzzy has been designated as a ciliogenesis and planar polarity effector (CPLANE) gene. Disruption of Fuzzy in mice results in severe malformations, including neural tube defects, polydactyly, facial defects, etc, suggesting its participation in various signaling pathways.Methods: To study kidney development, homozygous E14.5 and E16.5 embryos carrying a gene-trap Fuzzy mutation and wildtype (control) littermates were harvested for immunofluorescense and in situ hybridization (ISH) studies.Results: Fuzzy-/- embryos exhibited profound renal hypoplasia at E14.5. Although SIX2+ progenitor cells and their differentiation were unaffected, the number of the ureteric buds (UB) was decreased to 50% of control. This was accompanied by a ~ 50% reduction in the number of glomeruli without a decrease in the number of podocytes per glomerulus. ISH studies indicated that Gdnf expression was unaffected, while UB specific markers Ret, Wnt11 were expressed in Fuzzy-/- kidneys at the levels comparable to control animals. The level of the Hippo kinase pathway effector YAP was decreased significantly in UBs. At E16.5, Fuzzy-/- embryos exhibited glomerular cysts in the medullary layer, manifested by the dilation of Bowman’s capsule. E16.5 Fuzzy-/- embryos also developed proximal tubular cysts but collecting ducts remained intact. The renal cysts were associated with defective ciliogenesis. Cilia length in Fuzzy-/- was half of that in the control animals. Conclusions: Our study demonstrates that the impaired UB branching is a major cause of renal hypoplasia in E14.5 Fuzzy-/- embryos and is associated with a decreased proliferation rate and a decrease in Yap expression in the UBs. Loss of Fuzzy leads to glomerular and proximal tubular cysts, which are associated with the defective ciliogenesis. Thus Fuzzy plays a crucial role during kidney development and acts via impacting Wnt, Sonic hedgehog (Shh) and Hippo kinase signaling pathways.RésuméContexte: Le gène effecteur de PCP Fuzzy est essentiel pour l'organogenèse. Chez la Drosophile, il est cruicial pour établir la polarité planaire de la cellule en contrôlant le cytosquelette d'actine. Chez les vertébrés, le rôle de Fuzzy est moins clair, mais il semble contrôler certains aspects des circulations des protéines cargo vers le corps basal. Fuzzy a été désigné comme un gène de la ciliogenèse et d’effecteur de la polarité planaire (CPLANE). La perturbation de Fuzzy chez les souris entraîne des malformations sévères, y compris des anomalies des tubes neurals, la polydactylie, des anomalies faciaux et autres, suggérant son participation aux diverses voies de signalisation.Méthodes: Pour étudier le développement des reins, les embryons homozygotes aux E14.5 et E16.5 portants des mutations de piège à gènes de Fuzzy et ceux leurs compagnes de portée de phénotype sauvage (contrôle) ont été récoltés pour l’immunofluorescence et pour des études d'hybridation in situ (ISH).Résultats: Les embryons E14.5Fuzzy-/- présentaient une hypoplasie rénale profonde. Cependant, les cellules progénitrices SIX2+ et leurs différenciations n'aient pas été affectées, le nombre de bourgeons urétéral a été réduit à 50% du contrôle. Cela s'est accompagné d'une réduction de ~ 50% du nombre de glomérules sans diminution du nombre de podocytes par glomérule. Les études ISH ont indiqué que l'expression du Gdnf n'était pas affectée, les marqueurs spécifiques des bourgeons urétérals Ret, Wnt11 ont été exprimés à un niveau comparable chez les embryons Fuzzy-/- par rapport aux animaux témoins. Le niveau de YAP, de l'effecteur de la voie de l'Hippo kinase, a été significativement diminué dans les bourgeons urétérals. Les embryons E16.5 Fuzzy-/- présentaient des kystes glomérulaires dans la couche médullaire, se manifestant par la dilatation de la capsule de Bowman. Les embryons E16.5 Fuzzy-/- ont également développé des kystes tubulaires proximaux mais les canaux collecteurs sont restés intacts. Les kystes rénaux étaient associés à une ciliogenèse défectueuse. Les longueurs des cils chez les embryons Fuzzy-/- était la moitié que de ceux des animaux témoins.Conclusions: Notre étude démontre que le défaut de brachement du bourgeon urétéral est une des raisons principales d'hypoplasie rénale chez les embryons E14.5 Fuzzy-/- et il est associé à une diminution du taux de prolifération et celle de l'expression de Yap dans les bourgeons urétérals. La perte de Fuzzy conduit à des kystes glomérulaires et celles de tubulaires proximaux qui sont associés à la ciliogenèse défectueuse. Ainsi, Fuzzy joue un rôle crucial dans les actes de développement rénal en influençant les voies des signalisations Wnt, Sonic hedgehog et kinase Hippo