Noves funcions de Sprouty en el desenvolupament i l’homeòstasi del sistema genitourinari

Abstract

La família de gens Sprouty està formada per quatre membres en mamífers (Spry1-4), ortòlegs al gen dSpry de Drosophila Melanogaster. Durant el desenvolupament, les proteïnes Sprouty funcionen principalment com a inhibidors de la senyalització mitjançada per receptors tirosina-cinasa (RTK). Resultats previs del nostre laboratori mostren que a nivell molecular, la tirosina 53 de SPRY1, un residu conservat entre els diferents membres de la família, és essencial per a la funció d’aquesta proteïna durant el desenvolupament del sistema genitourinari, ja que els ratolins Spry1Y53A/Y53A fenocopien les anomalies observades en els ratolins knockout de Spry1. A la vegada, l’expressió de la mutació Y53A en heterozigosi suposa l’aparició d’una sèrie d'anomalies de l'aparell genital intern. Per un costat, les femelles Spry1Y53A/+ manquen d'obertura vaginal i presenten cavitats vaginals septades flanquejades per restes de conductes de Wolff (WD) al llarg de les parets vaginals. D’altra banda, els mascles Spry1Y53A/+ mostren ramificacions anòmales de la vesícula seminal. Tot i que s’ha descartat una hiperactivació de la senyalització per RET com a causa d’aquest fenotip, els mecanismes moleculars responsables son desconeguts. En primer lloc, establim l’increment en els nivells de proteïna Spry1 com la causa de l’efecte dominant negatiu de la mutació Y53A i descartem problemes de localització d’aquesta proteïna. En segon lloc, es demostra que, a diferència de les malformacions renals, aquestes anomalies del WD es rescaten parcialment disminuint la dosi gènica d’Axin2, i totalment disminuint la dosi gènica de Fgf10. Finalment, en aquest treball es confirma una nova funció de les proteïnes Sprouty en l’homeòstasi del fòsfor a través de la inhibició de la senyalització de Fgf23 al ronyó, gràcies a l’estudi fenotípic d’animals triple knockouts per Spry1, Spry2 i Spry4. A més, la deleció d’aquests gens ja en adults també suposa l’aparició d’altres trets com són la pèrdua de pes, el descens en els nivells de glucosa, l’increment en l’activitat de la tiroides i la pèrdua de força.

La familia de genes Sprouty consta de cuatro miembros en mamíferos (Spry1-4), que son ortólogos del gen dSpry de Drosophila Melanogaster. Durante el desarrollo, las proteínas Sprouty desempeñan principalmente el papel de inhibidores de la señalización mediada por receptores tirosina quinasa. Sin embargo, gran parte de la función de esta familia de genes en la edad adulta permanece desconocida. Resultados previos de nuestro laboratorio indican que, a nivel molecular, la tirosina 53 de SPRY1, un residuo conservado en todos los miembros de la familia, es esencial para la función de esta proteína durante el desarrollo del sistema genitourinario, ya que los ratones Spry1Y53A/Y53A fenocopian los defectos encontrados en los ratones knockout de Spry1. Además, la expresión en heterocigosis de la mutación Y53A conlleva la aparición de una serie de anomalías en el aparato genital interno. Por un lado, las hembras Spry1Y53A/+ carecen de apertura vaginal y presentan cavidades vaginales septadas con restos de conductos de Wolff (WD) a lo largo de las paredes vaginales. Por otro lado, los machos Spry1Y53A/+ muestran ramificaciones anómalas de la vesícula seminal. Aunque se ha descartado una hiperactivación de la señalización por RET como causa de este fenotipo, los mecanismos moleculares responsables aún son desconocidos. En primer lugar, establecemos que el aumento en los niveles de proteína SPRY1 es la causa del efecto dominante negativo de la mutación Y53A, y descartamos problemas de localización de esta proteína. En segundo lugar, demostramos que, a diferencia de las malformaciones renales, estas anomalías del WD se rescatan parcialmente reduciendo la dosis génica de Axin2 y completamente reduciendo la dosis génica de Fgf10. Finalmente, en este trabajo confirmamos una nueva función de las proteínas Sprouty en la homeostasis del fósforo mediante la inhibición de la señalización de FGF23 en el riñón, gracias al estudio fenotípico de animales triple knockout para Spry1, Spry2 y Spry4. Además, la eliminación de estos genes en adultos también conlleva la aparición de otros rasgos, como són la pérdida de peso, la disminución de los niveles de glucosa, el aumento de la actividad tiroidea y la pérdida de fuerza.

Sprouty family of genes in mammals is composed of four members (Spry1-4), orthologous to a single gene in Drosophila Melanogaster (dSpry). During development, Sprouty proteins primarily function as inhibitors of Receptor Tyrosine Kinase (RTK) signaling, especially RET and FGFR. However, much of this gene family's function in adulthood remains largely unknown. Previous data from our group demonstrate that, at a molecular level, Tyrosine 53 of SPRY1, a highly conserved residue among Sprouty family, is essential for its function during genitourinary system development, as Spry1Y53A/Y53A mice phenocopy the renal defects found in Spry1 knockout animals. Moreover, heterozygous expression of the Y53A mutation gives rise to a range of internal genital anomalies not reported previously. Female Spry1Y53A/+ mice lack vaginal opening and show vaginal septum flanked by remnants of Wolffian ducts along the vaginal walls. In male Spry1Y53A/+ mice anomalous branching of the seminal vesicle is observed. Additionally, Spry1 and Spry2 double heterozygous mice also exhibit these anomalies. Although hyperactivation of RET signaling has been rejected as the cause of this phenotype, the molecular mechanisms remain unknown. Firstly, we identify the increase in SPRY1 protein levels as the cause of the dominant-negative effect of Y53A mutation rather than anomalies in protein localization. Secondly, we demonstrate that, unlike renal malformations, these WD anomalies are independent of Ret signaling and are partially rescued by Axin2 gene dosage reduction and fully rescued by Fgf10 gene dosage reduction. Finally, we validate a novel role of Sprouty proteins in phosphorus homeostasis by inhibiting FGF23 signaling in the kidney, as evidenced through phenotypic analysis of triple knockout animals for Spry1, Spry2, and Spry4. Moreover, the deletion of Sprouty genes during adulthood leads physiological impairments such as weight loss, reduced glucose levels, heightened thyroid activity, and decreased grip strength.