Autosomal Dominant Tubulointerstitial Kidney Disease (ADTKD) is a clinical entity mainly characterized by interstitial fibrosis and tubular damage leading to end-stage kidney disease. UMOD and REN, encoding for uromodulin and renin respectively, are among responsible genes. UMOD mutations and a subset of REN mutations, mapping in the mature part of the protein, lead to mutant protein accumulation in the endoplasmic reticulum (ER) and activation of the Unfolded Protein Response (UPR) [1]. In ER stress conditions, increased leakage of ER resident proteins has been reported, with potential damaging effects [2]. In line with this observation, several ER-resident proteins containing KDEL or KDEL like retention signal (i.e. Bip, Manf) are found in ADTKD mouse/patient urines [3, 4]. Such proteins are ligands of KDEL receptors (KDELR) that normally retrieved them in the ER through recognition of their ER retention signal at the cis Golgi [5, 6]. The KDEL receptor family is composed of 3 members (KDELR1, KDELR2 and KDELR3). The screening of binding affinity for the different KDELRs highlights differences, thus suggesting non-overlapping functions [7]. Functional studies have mostly focused on KDELR1 and showed its importance in maintaining ER homeostasis by regulating bidirectional transport from the ER to the Golgi and from the Golgi to the plasma membrane [8]. Such activity is mediated by its ability to signal via Src kinases and PKA [9, 10]. Despite the growing interest, there is still a significant gap of knowledge concerning the specific role of each KDELR. Our preliminary data demonstrate consistent KDELR3 overexpression in different in vitro and in vivo ADTKD models characterized by mutant protein ER retention and ER stress activation. Given its known activation downstream of UPR induction [2] and the fact that it is the only KDELR consistently upregulated in all ADTKD models, we hypothesize that KDELR3 plays a role in proteinopathies characterized by accumulation of mutant protein in the ER. In this project we aim at characterizing the adaptive or maladaptive role of KDELR3 in the pathogenesis of ER storage diseases envisaging ADTKD as a paradigm disorder. We will study 1) the effects of its expression modulation; 2) its contribution in shaping trafficking along the secretory pathway; 3) its signaling functions. We will employ a comprehensive multidisciplinary approach, integrating different models ranging from in vitro models to zebrafish and mouse models that will be used in hypothesis-driven and multiomics-based studies.

Ruolo dei meccanismi di controllo di qualità nella via secretoria cellulare nella malattia renale tubulointerstiziale autosomica dominante. La malattia renale tubulointerstiziale autosomica dominante (ADTKD) è un'entità clinica caratterizzata principalmente da progressivo danno e perdita della funzione renale. Diversi geni causano questa malattia, inclusi UMOD e REN, che codificano rispettivamente per uromodulina e renina. Le mutazioni in UMOD e REN portano all'accumulo intracellulare della proteina mutata all'interno del comparto cellulare chiamato reticolo endoplasmatico (RE), creando una condizione di stress cellulare. In tali condizioni, alcune proteine che risiedono all'interno dell'ER iniziano a essere secrete. In condizioni fisiologiche se tali proteine fuoriescono erroneamente dal RE vengono recuperate da recettori denominati KDELR. Esistono 3 diversi recettori, chiamati KDELR1, KDELR2 e KDELR3, il cui ruolo specifico è attualmente sconosciuto. Nei modelli ADTKD UMOD e REN che utilizziamo in laboratorio, comprendenti cellule e un modello murino, abbiamo osservato un aumento specifico e significativo di KDELR3. Precedenti studi hanno riportato che l'espressione di KDELR3 aumenta sotto stress del RE, suggerendone una funzione specifica. In questo progetto ci proponiamo di studiare il ruolo di KDELR3 nella patogenesi delle malattie da accumulo di proteina mutata nel RE, quale l'ADTKD. Studieremo l'effetto della modulazione del livello di espressione di KDLER3 per capire se ha un ruolo positivo o negativo. Inoltre, analizzeremo se in condizioni di stress del RE KDELR3 regola il trasporto intracellulare di proteine e se attiva segnali specifici. I risultati attesi saranno importanti per capire il ruolo di KDELR3 e avranno rilevanza per ADTKD poiché otterremo nuove informazioni sui meccanismi della malattia, che potrebbero portare a nuove strategie terapeutiche. Inoltre, genereremo un modello in pesce di ADTKD che potrebbe essere utilizzato in futuri studi di screening per identificare molecole con rilevanza terapeutica. La scoperta del ruolo di KDELR3 potrebbe essere rilevante anche per altre malattie che condividono un meccanismo cellulare simile a ADTKD.

1. L. Econimo et al., Kidney Int Rep 7, 2332 (Nov, 2022). 2. K. A. Trychta, S. Back, M. J. Henderson, B. K. Harvey, Cell Rep 25, 1829 (Nov 13, 2018). 3. Y. Kim et al., JCI Insight 2, (Dec 7, 2017). 4. Y. Kim et al., Am J Physiol Renal Physiol 321, F236 (Aug 1, 2021). 5. M. J. Lewis, H. R. Pelham, Cell 68, 353 (Jan 24, 1992). 6. M. J. Henderson, C. T. Richie, M. Airavaara, Y. Wang, B. K. Harvey, J Biol Chem 288, 4209 (Feb 8, 2013). 7. I. Raykhel et al., J Cell Biol 179, 1193 (Dec 17, 2007). 8. S. Newstead, F. Barr, J Cell Sci 133, (Oct 9, 2020). 9. T. Pulvirenti et al., Nat Cell Biol 10, 912 (Aug, 2008). 10. J. Cancino et al., Dev Cell 30, 280 (Aug 11, 2014).

Autosomal Dominant Tubulointerstitial Kidney Disea

Malattia Renale Tubulointerstiziale Autosomica Dominante