1

PodocytopathiesHéréditaires

Bertrand Knebelmann, MD, PhD

Service de Néphrologie Adulte

APHP, Hôpital Necker-Enfants Malades,

Université Paris Descartes

INSERM U845Centre de Référence MARHEA:

MAladies Rénales Héréditaires de l’Enfant et de l’Adulte

CUEN Juin 2014

SN cortico-sensible

SN. cortico-résistant

85%

X%= Maladie Génétiquedu Podocyte?

Syndrome Néphrotique IDIOPATHIQUE

T

15%

Maladie du Lymphocyte T?

2

Etiologie des HSF

Adaptation Structurelle et Fonctionnelle

Réduction NéphroniqueOligomeganephroniaAgenesie rénale unilatéraleDysplasie RenaleNéphropatie du Reflux Sequelle de necrose corticaleNéphrectomie partielleRéduction néphronique secondaireà toute maladie rénale

Masse rénale Normale/Altérations HémodynamiquesHypertensionObesitéCardiopathies cyanogènesDrépanocytose

VirusHIV-1 (“HIV-associated nephropathy”)Parvovirus B-19

ToxiquesHeroine (“Heroin nephropathy”)

Interferon- a

Pamidronate

Syndrome d’activation Macrophagique

Génetiques

I. HSF Primitives

II. HSF Secondaire

Pourquoi faut il rechercher une cause génétiquedevant une glomérulopathie/SN de l’adulte?

•Contre: oFréquence des formes génétiques bcp plus faible

•Pour:oFormes génétiques résistantes aux corticoides et Immunosuppresseurs

-> épargner traitements inutiles et néfastes +++oAide au Pronostic rénaloPrédire le risque de récurrence après Transplantation

Ruf, JASN. 2004; Buscher, cJASN, 2010;Santin, cJASN. 2011

3

SNCR 190 patients

SNCS 124 patientscorticoides

NPHS226%

NPHS2 0%

Remission0%

TraitementImmuno-suppresseur

29 patients

Ruf, JASN. 2004

Pourquoi rechercher une cause génétique ?Pourquoi rechercher une cause génétique ?

Définir le pronostic rénal

Pronostic à long terme péjoratifESRD : 71% versus 29% Suivi moyen : 8,5 ans

Faible récidive post transplantation0-6% versus 9-35%

Buscher, cJASN, 2010

Pourquoi rechercher une cause génétique ?Pourquoi rechercher une cause génétique ?

4

Permettre le conseil génétique

Diagnostic présymptomatique?

Diagnostic prénatal, préimplantatoire?

Pourquoi rechercher une cause génétique ?Pourquoi rechercher une cause génétique ?

Pourquoi rechercher une cause génétique ?Pourquoi rechercher une cause génétique ?

Thérapiesciblées

BiosynthèseCoQ10

11 patients/5 famillesProtéinurie = 1,2 ansESRD = 1,7 ansHSF

- Surdité- convulsions

Lignées podocytairesCOQ6 KO

Un gène…..Un Traitement!

5

Quand rechercher une cause génétique ?Quand rechercher une cause génétique ?

Chez l’enfant

Antécédents familiaux

Age inférieur à 1 an

Contexte syndromique :-Pseudo-hermaphrodisme masculin-Microcorie, hypotonie musculaire, retard psychomoteur-Surdité, convulsions-Onychodysplasie, ostéodysplasie-etc

Syndrome Néphrotique corticorésistant/ cyclorésistant

Sclérose mésangiale diffuse

?

6

COL IV (a3-5 ) Laminin-beta2GBM

vTp

v

P-Cabz

CD2AP

g

aactinin-4a3 b1

Synpo

F-actin

Podocin

N = Nephrin P-C = P selectin Z = ZO-1 Somlo and P. Mundel

Nat Genet, 2000

Nephrin

P-C

N

De la Génétique aux Molécules du Podocyte Impliquées dans la barriére Glomérulaire

MyosinMYH9MYOE1

Benoit G, Pediatric Nephrol, 2010 , Santin, cJASN. 2011

DOMINANT

Quels sont les gènes Candidats?

7

• 117 patients d’origine non finlandaise• 49 sporadiques/68 familiaux• Sd Néphrotique débutant avant 3 mois (médiane 4 jours)

NPHS1 : 60,8%

NPHS2 : 14,9%

WT1/LAMB2/PLCE1 : 5,6%

pas de mutation : 18,7%

Machuca, JASN 2010

Syndrome Syndrome néphrotiquenéphrotique congenitalcongenital

COQ6

SN Congénital DE TYPE FINLANDAIS (I ) Fréquence en Finlande= 1/8000 naissances Transmission = AR Clinique : Début in utero +++ Prématurité, hypotrophie, gros placenta Oedèmes, ascite des les premières semaines Retard de développement Hernies, thromboses +++ Infections

GFR normal les 6 premiers mois

Evolution vers IRCT vers l’âge de 3 ans en moyenne

8

SNC DE TYPE FINLANDAIS (II)

TraîtementPerfusions d’Albumine (3-4 g/Kg/j)Rééquilibre Nutritionnel, AnticoagulantsIEC + Sartan pour réduire protéinurieAINS+/-Bi Nephrectomie (0,6 à 4 ans)-Dialyse-transplantation

Histologie :Dilatation des tubes proximaux+++ puis distauxHypercellularité mésangiale discrèteFusion des pedicelles en MEEvolution vers la fibrose glomérulaire et interstitielle

Ultrastructural aspect of GBM from NPHS1 kidneys

9

NPHS1 code pour la Néphrinelocalisée uniquement au niveau du Diaphragme de fente

Interactions Homotypiques avec molécules adjacentes

K Tryggvason, Cell, 1999

H Holthofer

La néphrine est une molécule d’adhésion interpodocytaire

10

S. Somlo and P. MundelNat Genet, 2000

La Néphrine transduit des signaux au cytosquelette des podocytesAuquel elle est reliée par d’autres molécules podocytaires

N = Nephrin P-C = P cadherin Z = ZO-1

Nephrin

Espace Urinaire

NéphrineNéphrine

Formes plus tardives- 160 patients avec SNCR, sans mutation podocine- 11 patients double hétérozygote mutation néphrine- Age Sd N : 3 ans (0,5-8 ans)- Age IRT : 13,6 ans (11-25 ans) pour 5/11- mutation “moins sévère”

NPHS1 = 11% des SNCR < 5 ans

A Philippe, JASN 2008

Risque de récidive après transplantation :

- 51 transplantations chez 45 enfants.

- 13 «récidives» chez 9 malades Fin-major/Fin-major

- 5 jours à 48 mois après la transplantation

- Présence d ’anticorps circulants pas toujours détectée

Patrakka, transplantation 2002

11

Identification du gène NPHS2par clonage positionnelFamilles SNCR Autosomique Recessif

Boute, Nat genet 2000

PodocinePodocine

• interagit avec la néphrine, CD2AP et TRPC6• rôle dans l’assemblage de la “plateforme de signalisation”

Code pour la podocineExprimée quasi exclusivement dans le podocyte

Weber, Kidney Int 2004

PodocinePodocine: un : un génegéne majeurmajeur de SNCR de de SNCR de l’enfantl’enfant

Débutant vers 4 ansBiopsie = HSF > LGMIRT avant 10 ansFaible risque de récidive sur le transplant

12

Machuca E, KI 2008

Etude génétique NPHS2:1 alléle= 855-856del1 alléle= R229Q= variant

Mr S. • 24 ans : proteinurie• 29 ans : Creatinine 99 mmol/l, protU 1.4g/24h• PBR : HSF• Traitement : corticoides, ciclosporine, cyclophosphamide• 35 ans : IRT• 36 ans : Transplantation • Pas de récidive

NPHS2/NPHS2/PodocinPodocin: : aussiaussi chez chez l’Adultel’Adulte!!

Series of 105 cases / 96 families

• No adult patient with 2 pathogenic mutations

• 18 patients with 1 pathogenic mutation + p.R229Q

• P.R229Q: non neutral polymorphism (~ 3%) reduced

interaction with nephrin

• Age at Dx: 25 years (18.5 – 39 years)

• Age at ESRD: 32 years (27.7 - 38.5 years)

1st step of genetic analyses in adults: search for p. R229Q variant

Adult patients carry the NPHS2 polymorphismp.R229Q + 1 pathogenic mutation

Tsukagushi, JCI 2002Machuca, Hummel et al., KI 2009

13

NPHS2 mutations and incomplete penetrance

6/129 parents of affected children are asymptomatic carriers of the association [p.R229Q];[mutation]

o x

x

R229Q ; R138Q R138Q ; wt

R138Q ; R138Q

x

x

3% of parents should be affected

Tory et al, Nat Genet 2014

?

The effect of the p.R229Q NPHS2 mutation depends on the 2nd mutation

Tory et al, Nat Genet 2014

Genetic counselling: A couple carrying an NPHS2 mutation in exons 1–6

in one member and R229Q in the other are not at risk of having an affected child

R229Q + R138QR229Q + WTR229Q + A284V

Podocin at the plasma membrane

Patients are unaffectedPodocin retained in the cellPatients are affected

Non pathogenicdimers

[p.R229Q];[N-terminal mutation]

Pathogenic dimers[p.R229Q];[C-

terminal mutation]

o x

xo

R229Q ; wt R138Q ; wt

R229Q ; R138Q

14

Glomérulopathies FamilialesAutosomiques Dominantes

Inherited Focal and Segmental Glomerulosclerosis (FSGS)

Autosomique Dominant

- Début enfance, adolescence ou même adulte ++

-Protéinurie progressive; SN très inconstant +++

- pas d’HU (en général) +++

-IRC; IRCT inconstante ++

combien de gènes ?

Kaplan et al Nat Genet, 2000

3 familles FSGS DominantDébut adolescence

Liaison en 19qGène identifié = a-actinin-4

Mutations hétérozygotes Faux sensK228E, T232I, S703P

ACTNA/a-actinin-4

15

a-actinin-4

Kaplan et al , Nat. Genet, March 2000

Les Mutations de a-actinin-4Augmentent la liaison aux

Filaments d ’Actine

Altérations du cytosquelette

Expression Podocytaire

ESRD mAlb mAlb

ESRD

I

II

III

Pénétrance incompléteExpressivité Variable ++

a-actinin-4

5 /141 FSGS families Rare≈ 3,5 %

<1% in sporadic cases

16

COL IV (a3-5 ) Laminin-11GBM

vTp

v

P-Cabz

CD2AP

g

aactinin-4a3 b1

Synpo

F-actin

podocin

N = Nephrin P-C = P selectin Z = ZO-1 Somlo and P. Mundel

Nat Genet, 2000

N

P-C

N

Molécules du Podocyte Impliquées dans des Glomérulopathies héréditaires

Myosin

17

Reiser J Nature genet 2005

Mutations de TrpC6: Pénétrance incompléte

9 porteurs de la Mutation sans Protéinurie +++

13, 18, 37 et 44 ans

Reiser et al , Nat Genet, 2005

Les Mutations de TrpC6 sont rares

5 /71 FSGS families ≈ 6 %

18

#Reiser et al (Nat Genet, 2005)

Famille FS-Z :

1 pt HTA , PU et FSGS biopsié à 55 ans

1pt SN 57 ans, ESRD ; TR

# 1pt développe un SN sur son greffon donné par sa sœur, avec FSGS

# la sœur a developpé FSGS après avoir donné 1 rein….

Les Mutations Hétérozygotes de TRPC6 augmentent la conduction Ca2+ Induite par AT II

= Mutations « Gain de Fonction »

Winn M Science 2005, Reiser J Nature genet 2005

19

Exon 4p.R177H p.E184Kp.E184Qp.S186P

Exon 2p.A13Tp.L42Pp.L76P

p.R214Cp.R214Hp.R218Wp.R218Q*p.E220K*

p.Y193Hp.L198R*p.N202Dp.A203D

*§

§§

* *§ #§

*§

*****

Mutations in INF2 are the main causes of AD FSGS

Reference # tested families

# mutated families

% mutations

Age at onset Pu

Age at ESKD

Brown 2010 Barua 2012

215 20 9% 11-72 yrs 13-67 yrs

Lee 2010 9 1 11% 7-30 yrs 14 yrs

Boyer 2011 54 9 17% 5-44 yrs 20-70 yrs

Gbadegesin 2011 49 8 16% 14-46 yrs 33-45.5 yrs

TOTAL 327 38 12% 5-72 yrs 13-70 yrs

Interindividual variability & incomplete penetrance3/405 = 0.8% of sporadic cases

Exon 6p.L245P %

Bown et al., Nat Genet 10Boyer et al. JASN 11

Des SN avec HSF sont parfois associées à la neuropathie de Charcot Marie Tooth

Cohorte de 16 familles non apparentées avec HSF-CMT : mutations dans 75% des cas→ 9 nouvelles mutations : → 3/3 mutations de novo, ± 2

Mutants HSFMutants HSF + CMT

A164_D166delL132RL165P

R177HE184QE184KS186PY193QL198RN202DA203DR214CR214HR218QR218WE220K

Exon3

L42PL57PL76P

C104RC104FC104WR106PL128P

***

* Brown et al., Nat Genet 2010# Lee, Ped Nephrol 2010 § Gbadegesin et al. KI 2011* §

§§

*

§

§

*

§

*

** § #

Exon2

Exon4

Boyer et al., N Engl J Med 2011

20

SCLÉROSE MESANGIALE DIFFUSE (DMS)

• Sporadique le plus souvent

• Survenue dans les premières années d ’un SN

• Evolution vers IRCT rapide souvent avant 2 ans

• Résistence aux stéroides et Immunosuppresseurs

•Histologie

- Expansion de la matrice mésangiale

- Hypertrophie podocytaire

- puis sclérose mésangiale et rétraction du floculus

- petits glomérules mal différenciés en sous capsulaire

Sclérose Mésangiale diffuse

Hypertrophie des podocytesSclérose Mésangiale

Expansion Matrice Mésangiale

x500

x500

HSF

21

Syndrome de Frasier

• Rein– début dans l’enfance ou plus tard

– PU, SN, lentement progressif

– ESRD adolescence ou jeune adulte (9 à35 ans)

– Histologie : HSF, axes mésangiaux épaissis,MBG anormale

• Gonades- Caryotype XY, OGE féminins = apparence Féminine normale ++

– Aménorrhée Primaire

– Résidus Gonadiques ; Risque de Gonadoblastome +++

– Développement # normal si XX -> FSGS isolée ++

– -> A évoquer devant NG type Frasier et phénotype féminin

• Pas de tumeur de Wilms

Benetti, cJASN 2010

16 yrs, Prot 1,5 g/j, Alb 44g/lNormal renal function Rich family history

I1, II1 and II2 : - glomerulopathy- ESRD (44, 46, 69)

18 yrs old cousin : - non nephrotic proteinuria

Exon 9 mutation

DNA interaction impairement

Les Mutations WT1 peuvent aussi donner des tableaux « adultes »

22

3 ’

NH2

STRUCTURE DE WT1: MUTATIONS DMS / DRASH ET FRASIER

WT1 cDNA

5 ’7 8 9

9bp

108

TGA

KTS

ZF1 ZF2 ZF3 ZF4

Région régulatrice

COOH

DMS/DRASH

FRASIER

- KTS -> F. de Transcription

+ KTS -> F. d’épissage

+ KTS

- KTS

9 10

Epissage alternatif

Doigts de zinc

Palmer et al, Current Biology,2001

Baisse d ’expression de WT1 et Podocalyxin dans les glomérules de Syndrome de Drash

WT1 contrôle l ’expression de gènes importants dans la différenciation du Podocyte

23

Conclusion

@ De nombreux gènes des formes familiales de NG restent à identifier

@ les molécules podocytaires impliquées dans les NG héréditaires participent à des voies de signalisation vitales pour les fonctions du podocyte

@leur rôle dans les néphropathies héréditaires acquises est de mieux en mieux établi

@ces molécules pourraient être la cible de nouvelles approches thérapeutiques

Remerciements

A Hummel Néphro Adulte

MC Gubler AnapathLH Noël

L Heidet MARHEA

Olivia Boyer Néphro PédiatriqueRémi Salomon

24

Néphropathie Glomérulaire

+/- Surdité

+ Thrombopéniea plaquettes géantes

+ inclusions leucocytaires

+/- Cataracte

25

May-Hegglin

Am J Clin Pathol, 2000

Corrélations génotype-Phénotype?

MYH9

26

Br J Hematol, 2002

Diagnostic par Immunocytologie:Inclusions leucocytaires contiennentla myosine IIA anormale

ARHGAP24 mutations are responsible for autosomal dominant FSGS

Akilesh S, et al., JCI 2011

Cdc42 Rac1

RhoA

Rho-GAP24ARHGAP24

EXPERIMENTAL BACKGROUND

Rho-GAP24 inhibits Rac1 and lamellipodia

formation during podocyte differentiation

sequencing of 310 patients with FSGS

➥ loss-of-function mutation in the GAP

domain 1 family (0.3%) with ESKD in

childhood or adulthood

Q156R mutant fails to inhibit Rac1

ESKD 29 yrs

FSGS 20 yrs

CKD 32 yrs ESKD 12 yrs

27

I:1 I:2

II:1 II:2

III:1het

II:3het

II:4

III:3het

III:6het

III:4No mutation

III:5

IV:1het

II:5 II:6 II:7No mutation

II:8 II:9

III:2

Family F.

26 yrs: gravidic NSK Bx: FSGSGFR 120 ml/min/1.73m2

6 yrs: SRNSK Bx: MCVariable Pu Lost to F/U37 yrs: NS, FSGS, CKD54 yrs: ESKD

36 yrs: Pu58 yrs: ESKD

Cause?RTx

40 yrs: ESKDCause?

22 yrs: Pu K Bx: FSGS59 yrs: GFR 61 ml/min/1.73m2

7 yrs: microalbuminuriaGFR 115 ml/min/1.73m2

Linkage analyses:Large region of interest118 Mb on chromosomes 1,2,3,4,6,9,11,15,17,19No known genes

Exome sequencing in a large family of AD FSGS

10 affected4 generations5 with DNANo extra-renalinvolvement

I:1 I:2

II:1 II:2

III:1het

II:3het

II:4

III:3het

III:6het

III:4No mutation

III:5

IV:1het

II:5 II:6 II:7No mutation

II:8 II:9

III:2

Family F.

LMX1B Mutation

p.R246Q segregating in the family

Filters Number of variants

Common to the 5 pts 3845

Within the regions of interest 315

- non exonic regions 140

- synonymous variants 20

- polymorphismsdbSNP

13

- polymorphisms 1000 genomes

11

- polymorphisms EVS 8

- PolymorphismsNecker

2

Exome sequencing in a large family of AD FSGS

Boyer O et al., JASN 2013

28

Nail-Patella syndrome

Developmental defects

kidney and eye,

nail dysplasia, patellar abnormalities,

elbow dysplasia, iliac horns,

nephropathy (2-65%)

and glaucoma

Nail

R246 LMX1B mutations lead to FSGS without Nail Patella syndrome

Dreyer et al., Nat Genet 1998 Bongers and Gubler, Ped Nephrol 2002

Marini et al, Genet Med, 2010

ATCDfamiliaux

< 1 an

ConclusionsConclusions

RAS

Steroids

SSNSSRNS

ENFANTS

LMX1b

WT1

COQ6

LAMb2

Sd Néphrotique

Contextesyndromique

NPHS1

NPHS2

WT1

NPHS3

Biopsierénale

SMD

PLCε1

WT1

LGM/HSF

NPHS2

ciclo

le reste

29

Family history2ndary FSGS

Steroids

ConclusionsConclusions

Autosomal dominant Autosomal recessive

If +

R229Q

NPHS2

No cause

SSNSSRNS

ADULTES

LMX1b

INF2

Actinin4

TRPC6 WT1

If R229Q-

La Puce Podocyte

• More than 20 genes have been identified in non syndromic or syndromicforms of hereditary FSGS/SRNS.

• Some genes are mutated in very few families.

Direct sequencing of genes long & expensive

Gene (exons) # of identifedmutations

# of families tested

PTPRO (26) 2 165

MYO1E (28) 2 351

ARHGAP24 (8) 1 (+/-2) 310

ARHGDIA (19) 2 415

30

Adapted from Machuca et al. HMG 2009

Arhgap24

Rac1Cdc42

Cdc42

Growing number of genes involved in podocytopathies

SlitDiaphragm

cytoskeleton