Role of EHD1 in Renal Proximal Tubular Endocytosis and Recycling

URN to cite this document:: urn:nbn:de:bvb:355-epub-367130
DOI to cite this document:: 10.5283/epub.36713

Afonso, Sara Cerqueira

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Date of publication of this fulltext: 17 Sep 2021 07:48

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Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	7 January 2019
Referee:	Prof. Dr. Richard Warth
Date of exam:	1 February 2018
Institutions:	Biology, Preclinical Medicine > Institut für Physiologie Biology, Preclinical Medicine > Institut für Physiologie > Prof. Dr. Richard Warth
Keywords:	EHD1, proximal tubule, endocytosis
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 570 Life sciences
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	36713

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Abstract (English)

Abstract (English)

Our co-worker Robert Kleta (University College London) examined 6 patients displaying hereditary mild low-molecular-weight proteinuria and hearing loss at high frequency range. Using linkage analysis and sequencing, Robert Kleta identified a new autosomal recessive mutation leading to a single amino acid substitution — R398W — in the C terminal Eps15 homology domain (EHD) 1 protein. In mammals, EHD1 belongs to a family of four homologous proteins — EHD1–4 — that are presumably associated with the
recycling of membrane cargo from the endocytic recycling compartment to the plasma membrane by fission of intracellular vesicles. The objectives of this dissertation were i) to characterize the phenotype of a Ehd1–/– mouse model with the focus on the testis, inner ear and kidney and ii) to investigate the phenotype of the R398W mutant in a proximal tubular cell model. In agreement with previous observations, our Ehd1–/– mice displayed enhanced prenatal lethality and male infertility, due to abnormal spermatogenesis that resulted in a low number of mature spermatozoa and impaired sperm motility. The study of the inner ear by auditory brainstem response measurements revealed a diminished hearing capacity at high frequency in the Ehd1–/– mice. In vivo assays of renal proximal tubular endocytosis in knockout mice exhibited a reduced protein reabsorption capacity and slower endocytosis dynamics that made the mice prone to low-molecular-weight proteinuria. Both the renal and the inner ear phenotypes of the Ehd1–/– mouse recapitulate the low-molecular-weight proteinuria and the hearing loss observed in the human patients carrying the EHD1 R398W mutation. These data together with the recessive inheritance of the
human disorder point to a “loss-of-function” as disease-causing mechanism. However, in a proximal tubular cell model a striking mislocalization of the R398W mutant was
observed. This would be in agreement with an additional “gain-of-function” component. To further improve the understanding of the pathophysiology of the EHD1 R398W mutant protein in native tissues the phenotype of a knockin mouse model will be analyzed. Taken together, the findings presented in this thesis provide novel insights in particular
into the physiological roles of EHD1 in the kidney and the inner ear. These findings lay the foundations for future studies of our laboratory addressing the cellular and molecular pathomechanisms leading to EHD1-associated human diseases.

Translation of the abstract (German)

Unser Kooperationspartner Robert Kleta, University College London, hat sechs Patienten
mit familiärer "low molecular weight" Proteinurie und beeinträchtigtem Hörvermögen
klinisch und genetisch untersucht. Mittels Kopplungsanalysen und DNA-Sequenzierung
gelang es ihm, eine krankheitsassoziierte, autosomal rezessive Mutation (R398W) im CTerminus
des "Eps15 Homology Domain (EHD) 1"-Proteins zu identifizieren. Die EHDProteinfamilie
hat bei Säugetieren vier Mitglieder (EHD1-4). Man geht davon aus, dass
diese Proteine am Recycling von Membranproteinen aus intrazellulären
Membrankompartimenten zur Plasmamembran beteiligt sind, indem sie das Abschnüren
von Vesikeln aus den "Endocytic Recycling"-Kompartiment fördern.
Das Ziel dieser Doktorarbeit war es, 1.) den Nieren-, Innenohr- und Hoden-Phänotyp der
Ehd1-/--Maus zu untersuchen und 2.) die Auswirkungen der R398W-Mutation in einem
Zellmodell des renalen proximalen Tubulus zu erforschen.
In Übereinstimmung mit publizierten Daten zeigten unsere Ehd1-/--Mäuse eine erhöhte
perinatale Letalität und Infertilität von männlichen Tieren, wobei letztere durch eine
abnorme Spermatogenese und eine konsekutiv erniedrigte Anzahl reifer Spermien und
eine beeinträchtigte Spermienmotilität bedingt war.
Bei "Auditory Brainstem Response"-Messungen zeigte sich, dass ähnlich den Patienten
auch die Ehd1-/--Mäuse eine Hörminderung bei hohen Frequenzen aufweisen. In
Untersuchungen an lebenden Ehd1-/--Mäusen beobachteten wir außerdem eine - wenn
auch gering - eingeschränkte Kapazität zur Proteinresorption in proximalen Tubuli der
Niere.
Somit rekapituliert die Ehd1-/--Maus hinsichtlich des Innenohrphänotyps und der Neigung
zur Proteinurie den klinischen Phänotyp der Patienten. Gemeinsam mit der Tatsache,
dass die Erkrankung autosomal rezessiv vererbt wird, spricht dies für den "Loss-of-
Function"-Charakter der R398W-Mutation. Jedoch wird diese Schlussfolgerung durch
Befunde an unserem proximal tubulären Zellmodell eingeschränkt, wo die R398WMutante
eine pathologische subzelluläre Verteilung aufwies und damit zusätzlich eine
"Gain-of-Function"-Komponente hinzukommen könnte. Um die Pathophysiologie der
R398W besser zu verstehen, werden wir zukünftig eine R398W-Knockin-Maus
untersuchen, die gegenwärtig bei uns gezüchtet wird.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die in dieser Dissertation vorgestellten Daten
neue Erkenntnisse zur physiologischen Bedeutung von EHD1 insbesondere in der Niere
und dem Innenohr geliefert haben. Diese Resultate stellen eine wichtige Basis für zukünftige Studien unseres Labors dar, die zum Ziel haben, die zellulären und
molekularen Pathomechanismen EHD1-assoziierter Erkrankungen zu untersuchen.

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