The function of kidney specific (KS)-WNK1 condensates during potassium stress

University Of Pittsburgh At Pittsburgh, Pittsburgh PA

Investigators

Linked publications, trials & patents

Abstract

PROJECT SUMMARY/ABSTRACT   Potassium  [K+]-­deficient  diets  have  contributed  to  the  global  epidemic  of  hypertension  and  chronic  kidney  disease (CKD). Given the low cost and ease of increasing dietary [K+], more research is needed to understand  how [K+] imbalance leads to these diseases. The kidneys handle 90% of [K+], and the distal convoluted tubule  (DCT)  acts  as  a  [K+]  sensor  via  the  WNK-­SPAK  (With-­No-­Lysine/Ste20/SPS-­1-­related  proline-­alanine-­rich  protein  kinase)  pathway.  Gain-­of-­function  mutations  to  this  pathway  lead  to  severe  hypertension  and  hyperkalemia by activation of the thiazide-­sensitive sodium/chloride co-­transporter (NCC). Curiously, dietary [K+]  depletion  or  loading  causes  the  WNK-­SPAK  kinases  to  assemble  into  large  DCT-­specific  cytoplasmic  puncta,  that  are  not  seen  in  mice  on  normokalemic  diets.  For  years,  the  structure  and  function  of  these  condensates,  which we call “WNK bodies”, remained a mystery. Dr. Boyd-­Shiwarski’s initial work has identified that these DCT-­ specific puncta are (i) dependent upon the expression of kidney specific (KS)-­WNK1 (ii) potassium-­sensitive;; (iii)  membrane-­less;; (iv) not associated with conventional organelles;; and (v) associated with WNK-­SPAK proteins.  Based on these findings, we hypothesize that WNK bodies are membrane-­less microdomains that sequester the  WNK-­SPAK pathway to modulate WNK signaling during potassium imbalance. This hypothesis will be tested in  two aims that evaluate the physiological significance and biological basis of WNK body formation. This proposal’s  physiology-­based  aim  will  provide  Dr.  Boyd-­Shiwarski  with  the  opportunity  to  work  with  animal  models  and  (i)  implement  ex  vivo  microscopy  techniques,  (ii)  quantify  changes  in  urine,  serum,  and  blood  pressure,  and  (iii)  develop  transgenic  mouse  models.  Whereas,  the  biology-­based  portion  of  this  proposal  will  include  implementation  of  (i)  molecular  cloning,  (ii)  protein  biochemistry,  and  (iii)  mass  spectrometry  and  RNA  Seq.  These skills will be reinforced by a team of mentors, advisors, collaborators, and core resources available at the  University  of  Pittsburgh.  The  primary  mentor,  Dr.  Arohan  Subramanya,  is  an  established  NIH  R01-­funded  physician-­scientist  with  13  years  of  experience  in  WNK  signaling  biology  and  prior  experience  mentoring  over  20  trainees.  The  co-­mentor,  Dr.  Tom  Kleyman,  is  an  internationally  recognized  physician  scientist  who  directs  the Pittsburgh Center for Kidney Research, and has mentored nine career development awardees and five R01  recipients  within  the  last  10  years.  In  addition,  an  advisory  committee  of  accomplished  investigators  with  expertise  in  hypertension,  WNK-­SPAK  signaling,  and  renal  tubular  transport  will  monitor  Dr.  Boyd-­Shiwarski’s  progress through biannual meetings. Dr. Boyd-­Shiwarski will use this proposal to accomplish her short-­term goal  of scientific independence and her long-­term goal of becoming a tenure track physician-­scientist with expertise  in potassium homeostasis, hypertension, and CKD. The results from this proposal will form the basis for an R01  studying the translational role of KS-­WNK1-­dependent WNK bodies in human models of nephropathy. Â