Abstract Bardet-Biedl Syndrome (BBS) is a genetic disorder marked by considerable genetic and phenotypic diversity. BBS often presents as a combination of retinitis pigmentosa, obesity, polydactyly, and cystic kidney disease and is considered a model ciliopathy. The syndrome is caused by pathogenic variants in BBS genes, some of which encode components of a ciliary multi-protein complex, known as the BBSome, as well as a chaperonin-like complex, which is required for BBSome assembly. In this study, we describe the occurrence of kidney cysts in a BBS mouse model. Specifically, loss of BBS8 led to the development of cystic kidney disease by the end of the first year of life. In addition to transcriptional changes of key genes involved in regulated cell death and inflammation, proteomic approaches revealed increased expression and altered phosphorylation of histone deacetylase HDAC2 in knockout kidneys. Consistently, loss of Bbs8 resulted in a reduction of acetylated alpha-tubulin in primary cilia. This leads to diminished stability and altered dynamics of primary cilia, potentially contributing to the formation of cystic kidneys and other BBS manifestations previously described in Bbs8 deficient mice.

Compartmentalization of cellular signaling forms the molecular basis of cellular behavior. The primary cilium constitutes a subcellular compartment that orchestrates signal transduction independent from the cell body. Ciliary dysfunction causes severe diseases, termed ciliopathies. Analyzing ciliary signaling and function has been challenging due to the lack of tools to temporarily manipulate and analyze ciliary signaling. Here, we describe a nanobody-based targeting approach for optogenetic tools that is applicable in vitro and in vivo and allows to specifically analyze ciliary signaling and function. Thereby, we overcome the loss of protein function observed after direct fusion to a ciliary targeting sequence. We functionally localized modifiers of cAMP signaling, i.e. the photo-activated adenylate cyclase bPAC and the light-activated phosphodiesterase LAPD, as well as the cAMP biosensor mlCNBD-FRET to the cilium. Using this approach, we studied the contribution of spatial cAMP signaling in controlling cilia length. Combining optogenetics with nanobody-based targeting will pave the way to the molecular understanding of ciliary function in health and disease.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

The primary cilium has emerged as critical in regulating whole-body energy metabolism, as reflected in the Bardet-Biedl syndrome (BBS) where primary cilia dysfunction leads to obesity due to hyperphagia and white adipose tissue (WAT) remodeling. The regulation of cell fate and differentiation of adipocyte precursor cells (APCs) is key to maintaining WAT homeostasis during obesity. Using mice that recapitulated the BBS patient phenotype (Bbs8-/-), we demonstrate that primary cilia dysfunction reduces the stem-cell-like P1 APC subpopulation by inducing a phenotypic switch into a fibrogenic progenitor state, characterized by extracellular matrix (ECM) remodeling and upregulation of CD9. Single-cell RNA sequencing revealed a direct transition of stem-cell-like P1 cells into fibrogenic progenitors, bypassing the committed P2 cells. Ectopic ciliary Hedgehog signaling upon loss of BBS8 emerged as a central driver of the molecular changes in Bbs8-/- APCs, altering differentiation into adipocytes and lipid uptake. These findings unravel a novel role for primary cilia in governing APC fate, determining the delicate balance between adipogenesis and fibrogenesis. The identified molecular mechanisms provide insights into potential therapeutic targets for obesity.