Fitxers
Embargament
Document embargat fins el 2027-04-17Tipus de document
TesiData de publicació
Tots els drets reservats
Si us plau utilitzeu sempre aquest identificador per citar o enllaçar aquest document: https://hdl.handle.net/2445/231563
Exploiting hPSC-derived kidney organoids to study nephrogenesis and Congenital Anomalies of the Kidney and the Urinary Tract
Títol de la revista
Autors
Director/Tutor
Contribució addicional
ISSN de la revista
Títol del volum
Resum
[eng] Human pluripotent stem cells (hPSCs) possess the capacity for unlimited self-renewal and the potential to differentiate into all human cell types. These properties have been extensively exploited to recapitulate key morphogenetic processes in vitro, such as human kidney development. Although animal models have been indispensable for elucidating the cellular and molecular mechanisms governing nephrogenesis, species-specific differences in developmental timing, transcriptional regulation, and tissue architecture often result in divergent outcomes when comparing orthologous gene manipulations between animals and humans. These limitations underscore the importance of hPSC-based models, which enable the study of human kidney morphogenesis under defined in vitro conditions while allowing precise genetic manipulation.
The advent of CRISPR/Cas9-mediated genome editing has greatly expanded the potential of hPSCs, allowing the generation of isogenic lines for detailed analysis of developmental processes and disease initiation. When combined with differentiation into kidney organoids, this approach provides a versatile system to interrogate kidney development and model the onset of Congenital Anomalies of the Kidney and Urinary Tract (CAKUT). Within this framework, reporter knock-in lines represent powerful tools for dynamically tracking and isolating differentiated populations for molecular characterization, whereas gene knockout lines provide a complementary approach to dissect gene function during nephrogenesis modeled in kidney organoids. In this thesis, four distinct hPSC-derived reporter lines (GATA3-mOrange, SIX2-GFP, MEIS1-mPlum, and LRP2-GFP) were established, each marking a distinct compartment of the developing nephron. Together, they constitute a modular resource to study nephrogenesis across spatial and temporal scales. In parallel, loss-of-function mutations of PAX2 and HNF1B were introduced into the GATA3-mOrange background, enabling simultaneous lineage tracing and phenotypic assessment of selected CAKUT conditions. These knockout models revealed distinct, gene-specific requirements for nephron formation, elucidating the role of PAX2 and HNF1B in human nephrogenesis and the developmental defects arising from their loss.
Overall, this work establishes a comprehensive set of hPSC-based reporter and knockout lines that illuminate fundamental aspects of human nephrogenesis and provides mechanistic insight into CAKUT-associated gene function. Beyond advancing basic developmental biology, these models offer a robust platform to refine differentiation protocols, model disease phenotypes in a human context, and support translational applications in drug discovery, regenerative medicine, and therapeutic innovation.
[cat] Les cèl·lules mare pluripotents humanes (hPSCs) tenen la capacitat d’autorenovar-se de manera il·limitada i el potencial de diferenciar-se en tots els tipus cel·lulars humans. Aquestes propietats s’han aprofitat àmpliament per recrear in vitro processos morfogenètics clau, com ara el desenvolupament del ronyó humà. Tot i que els models animals han estat indispensables per aclarir els mecanismes cel·lulars i moleculars que regulen la nefrogènesi, les diferències específiques d’espècie en el temps de desenvolupament, la regulació transcripcional i l’arquitectura tissular sovint donen lloc a resultats divergents quan es comparen manipulacions gèniques ortòlogues entre animals i humans. Aquestes limitacions posen de manifest la importància dels models basats en hPSCs, que permeten estudiar la morfogènesi renal humana en condicions in vitro definides i, alhora, realitzar manipulacions genètiques de manera precisa. L’aparició de la tècnica d’edició genòmica mediada per CRISPR/Cas9 ha ampliat enormement el potencial de les hPSCs, ja que permet la generació de línies isogèniques per a l’anàlisi detallada dels processos de desenvolupament i de l’inici de malalties. Quan es combina amb la diferenciació cap a organoides renals, aquest enfocament proporciona un sistema versàtil per estudiar la morfogènesi renal i modelar l’aparició de les anomalies congènites del ronyó i de les vies urinàries (CAKUT). En aquest context, les línies reportadores generades mitjançant inserció dirigida (knock-in) representen eines molt potents per seguir de manera dinàmica l’especificació de llinatge, monitorar les trajectòries de diferenciació i identificar poblacions cel·lulars definides per a la seva caracterització molecular. En aquesta tesi es van establir quatre línies reportadores derivades d’hPSCs (GATA3-mOrange, SIX2-GFP, MEIS1-mPlum i LRP2-GFP), cadascuna d’elles marcant un compartiment específic del nefró en desenvolupament. En conjunt, aquest panell constitueix un recurs modular per estudiar la nefrogènesi a diferents escales espacials i temporals. Paral·lelament, es van introduir mutacions de pèrdua de funció en els gens PAX2 i HNF1B en el context de la línia GATA3-mOrange, fet que va permetre realitzar simultàniament el seguiment de llinatge i l’avaluació fenotípica. Aquests models knockout posant en relleu el paper de PAX2 i HNF1B en la nefrogènesi humana i els defectes del desenvolupament que deriven de la seva pèrdua. En conjunt, el treball presentat en aquesta tesi estableix un panel integral de línies reportadores i knockout basades en hPSCs que il·luminen aspectes fonamentals del desenvolupament renal humà i aporten coneixement sobre la funció gènica associada a CAKUT. Aquests models ofereixen una plataforma sòlida per optimitzar els protocols de diferenciació, modelar fenotips patològics en un context humà i donar suport a aplicacions traslacionals en el descobriment de fàrmacs, la medicina regenerativa i la innovació terapèutica.
[cat] Les cèl·lules mare pluripotents humanes (hPSCs) tenen la capacitat d’autorenovar-se de manera il·limitada i el potencial de diferenciar-se en tots els tipus cel·lulars humans. Aquestes propietats s’han aprofitat àmpliament per recrear in vitro processos morfogenètics clau, com ara el desenvolupament del ronyó humà. Tot i que els models animals han estat indispensables per aclarir els mecanismes cel·lulars i moleculars que regulen la nefrogènesi, les diferències específiques d’espècie en el temps de desenvolupament, la regulació transcripcional i l’arquitectura tissular sovint donen lloc a resultats divergents quan es comparen manipulacions gèniques ortòlogues entre animals i humans. Aquestes limitacions posen de manifest la importància dels models basats en hPSCs, que permeten estudiar la morfogènesi renal humana en condicions in vitro definides i, alhora, realitzar manipulacions genètiques de manera precisa. L’aparició de la tècnica d’edició genòmica mediada per CRISPR/Cas9 ha ampliat enormement el potencial de les hPSCs, ja que permet la generació de línies isogèniques per a l’anàlisi detallada dels processos de desenvolupament i de l’inici de malalties. Quan es combina amb la diferenciació cap a organoides renals, aquest enfocament proporciona un sistema versàtil per estudiar la morfogènesi renal i modelar l’aparició de les anomalies congènites del ronyó i de les vies urinàries (CAKUT). En aquest context, les línies reportadores generades mitjançant inserció dirigida (knock-in) representen eines molt potents per seguir de manera dinàmica l’especificació de llinatge, monitorar les trajectòries de diferenciació i identificar poblacions cel·lulars definides per a la seva caracterització molecular. En aquesta tesi es van establir quatre línies reportadores derivades d’hPSCs (GATA3-mOrange, SIX2-GFP, MEIS1-mPlum i LRP2-GFP), cadascuna d’elles marcant un compartiment específic del nefró en desenvolupament. En conjunt, aquest panell constitueix un recurs modular per estudiar la nefrogènesi a diferents escales espacials i temporals. Paral·lelament, es van introduir mutacions de pèrdua de funció en els gens PAX2 i HNF1B en el context de la línia GATA3-mOrange, fet que va permetre realitzar simultàniament el seguiment de llinatge i l’avaluació fenotípica. Aquests models knockout posant en relleu el paper de PAX2 i HNF1B en la nefrogènesi humana i els defectes del desenvolupament que deriven de la seva pèrdua. En conjunt, el treball presentat en aquesta tesi estableix un panel integral de línies reportadores i knockout basades en hPSCs que il·luminen aspectes fonamentals del desenvolupament renal humà i aporten coneixement sobre la funció gènica associada a CAKUT. Aquests models ofereixen una plataforma sòlida per optimitzar els protocols de diferenciació, modelar fenotips patològics en un context humà i donar suport a aplicacions traslacionals en el descobriment de fàrmacs, la medicina regenerativa i la innovació terapèutica.
Recurs relacionat
Matèries (anglès)
Citació
Col·leccions
Citació
AMATO, Gaia. Exploiting hPSC-derived kidney organoids to study nephrogenesis and Congenital Anomalies of the Kidney and the Urinary Tract. [consulted: 5 of October of 2026]. Available at: https://hdl.handle.net/2445/231563