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Mutations in polycystin-1 which is encoded by the PKD1 gene are the main causes for the development of autosomal dominant polycystic kidney disease. However, only little is known about the physiological function of polycystin-1 and even less about the regulation of its expression. Here, we show that expression of PKD1 is induced by hypoxia and compounds that stabilize the hypoxia-inducible transcription factor (HIF) 1α in primary human tubular epithelial cells. Knockdown of HIF subunits confirms HIF-1α-dependent regulation of polycystin-1 expression. Furthermore, HIF ChIP-seq reveals that HIF interacts with a regulatory DNA element within the PKD1 gene in renal tubule-derived cells. HIF-dependent expression of polycystin-1 can also be demonstrated in vivo in kidneys of mice treated with substances that stabilize HIF. Polycystin-1 and HIF-1α have been shown to promote epithelial branching during kidney development. In line with these findings, we show that expression of polycystin-1 within mouse embryonic ureteric bud branches is regulated by HIF. Our finding links expression of one of the main regulators of accurate renal development with the hypoxia signalling pathway and provides additional insight into the pathophysiology of polycystic kidney disease.

Un-physiological activation of hypoxia inducible factor (HIF) is an early event in most renal cell cancers (RCC) following inactivation of the von Hippel-Lindau tumor suppressor. Despite intense study, how this impinges on cancer development is incompletely understood. To test for the impact of genetic signals on this pathway, we aligned human RCC-susceptibility polymorphisms with genome-wide assays of HIF-binding and observed highly significant overlap. Allele-specific assays of HIF binding, chromatin conformation and gene expression together with eQTL analyses in human tumors were applied to mechanistic analysis of one such overlapping site at chromosome 12p12.1. This defined a novel stage-specific mechanism in which the risk polymorphism, rs12814794, directly creates a new HIF-binding site that mediates HIF-1α isoform specific upregulation of its target BHLHE41. The alignment of multiple sites in the HIF cis-acting apparatus with RCC-susceptibility polymorphisms strongly supports a causal model in which minor variation in this pathway exerts significant effects on RCC development., Author summary Though numerous DNA polymorphisms that modulate the risk of developing cancer have been identified, understanding the functional role of extra-genic variation has so far proved difficult, in part because it is difficult to link such variation to a functional framework. To address this, we aligned extragenic renal cancer risk polymorphisms identified by genome-wide association studies, with DNA binding sites for the HIF transcription factors, which are constitutively activated in renal cancer and observed striking overlap. Detailed analysis of one overlapping polymorphism revealed that the risk allele creates a new HIF-binding site in a cell-type stage-specific enhancer of its target BHLHE41. Our study has provided new insights into renal specific oncogenesis, revealing multiple mechanisms by which modulation of specific aspects of HIF signalling impact on this form of cancer.

Die Mikroglia ist im Zusammenhang mit neurodegenerativen Erkrankungen in den letzten Jahren immer mehr in den Fokus gelangt. Bis heute ist nicht abschliessend geklaert, ob die Aktivierung der Mikroglia und damit die proinflammatorische Aktivitaet die Ursache fuer den degenerativen Prozess der dopaminergen Neurone ist oder eine Folge dessen. Unbestritten ist jedoch, dass die Mikroglia durch ihre inflammatorische Aktivitaet Anteil an der Pathogenese des Parkinson-Syndroms hat. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, Rezeptoren der GDNF-Faktoren-Familie und eine antiinflammatorische Wirkung der GDNF-Faktoren-Familie auf Mikroglia nachzuweisen. Hierzu wurden Versuche an einer prim?ren Mikrogliakultur durchgefuehrt. Unter Annahme einer Neuroinflammation und Schaedigung des ZNS im Rahmen des Parkinson-Syndroms ging es in einem ersten Schritt um den Nachweis des Einflusses der GFL-Familie auf die NO-Sekretion. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigten eine signifikante Reduktion sowohl der NO-Sekretion, als auch der iNOS-mRNA-Synthese durch alle vier Faktoren der GFL-Familie, wenn die Mikroglia mit LPS und einem der vier Faktoren stimuliert wurden. Im Rahmen dieser Arbeit konnte mit Hilfe der RT-PCR auf RNA-Ebene der Nachweis der Transkripte des GFR-alpha1 und des RET-Rezeptors erbracht werden. Darueber hinaus gelang es, den GFR-alpha1- und RET-Rezeptor immunhistochemisch darzustellen. Nach dem Nachweis des GDNF/RET-Rezeptorkomplexes und dem Nachweis einer veraenderten NO- und iNOS-mRNA-Produktion ging es im Folgenden darum, die Beeinflussung der proinflammatorischen Aktivitaet der Mikroglia durch die GFL-Faktoren nachzuweisen. Nach der Stimulation mit LPS und der Zugabe der Faktoren konnte hier in realtime RT-PCRs eine quantitative Bestimmung von proinflammatorischer Enzym- und Zytokin-RNA vorgenommen werden. Die Ergebnisse zeigen, dass alle vier Faktoren der GFL-Familie in der Lage sind, das Expressionmuster zu beeinflussen. Es liess sich eine signifikante Reduktion der mRNA-Synthese fuer iNOS, COX-2, IL-6, TNF-alpha und IL-1beta zeigen. Bis auf die Expression der IL-1alpha-mRNA durch ATN konnte eine signifikante Reduktion der mRNA der beiden untersuchten Enzyme iNOS und COX-2 und der drei Zytokine IL-6, TNF-alpha und IL-1beta durch alle vier Faktoren nachgewiesen werden. Auch die Expression auf Proteinebene von IL-6 und TNF-alpha im Zellkuturmediumueberstand, untersucht mittels Sandwich-ELISA, zeigte fuer eine 24-st?ndige Stimulation erstmals signifikante Ergebnisse fuer alle vier Faktoren. In einem letzten Schritt dieser Arbeit konnte fuer jeden der vier Faktoren exemplarisch die Beeinflussung des MAPK-Signalweges im Sinne einer verminderten Aktivitaet dargestellt werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit geben Hinweise darauf, dass die Faktoren der GFL-Familie nicht nur einen Effekt auf Neurone haben, sondern auch die Mikroglia beeinflussen. Bisher liegen nur unzureichende Untersuchungen in Bezug auf Mikroglia und die Faktoren der GDNF-Faktoren-Familie vor. Honda et al. (1999) konnten zwar den GFR-alpha1 und RET-Rezeptor nachweisen, doch blieb der genaue Einfluss der GFL-Faktoren auf Mikroglia offen. Der GFR-alpha1- und Ret-Rezeptor waren nachweisbar und das Enzym- und Zytokinexpressionsmuster wurde signifikant, im Sinne einer Neuroprotektion, veraendert. Auch wurden nachgeschaltete Signalwege beeinflusst. Erstmals konnte der Einfluss aller vier Faktoren auf die Mikroglia gezeigt werden. Da vor allem GDNF im Fokus als moegliche Therapie des Parkinson-Syndroms steht, bleibt abzuwarten, ob nicht NTN, ATN oder PSP dem GDNF hinsichtlich der neurotrophen Wirkung und des Nebenwirkungsprofils ueberlegen sind. Neue Ansaetze, die bereits im Tiermodell erforscht werden, nutzen virale Vektoren oder beschaeftigen sich mit der Moeglichkeit, ueber modifizierte Stammzellen und Mikrosph?ren eine gezielte Substitution mit Faktoren der GDNF-Faktoren-Familie zu ermoeglichen (Uebersicht bei Aron et al., 2011). Darueberhinaus muessen der Effekt dieser neurotrophen Faktoren auf andere Neuronensubpopulationen und die Folgen einer Langzeitanwendung untersucht werden (Uebersicht bei Aron et al., 2011). Ob die vier Faktoren der GFL-Familie letztlich den Circulus vitiosus aus Zelltod und Aktivierung durchbrechen koennen und eine klinische Anwendung finden, bleibt offen. Au?erdem bleibt abzuwarten, ob es moeglich sein wird, sich diese zellselektive antiinflammatorische Wirkung der Faktoren auf Mikroglia zu Nutze zu machen.