Kidney fibrosis is the hallmark of chronic kidney disease progression; however, at present no antifibrotic therapies exist1–3. The origin, functional heterogeneity and regulation of scar-forming cells that occur during human kidney fibrosis remain poorly understood1,2,4. Here, using single-cell RNA sequencing, we profiled the transcriptomes of cells from the proximal and non-proximal tubules of healthy and fibrotic human kidneys to map the entire human kidney. This analysis enabled us to map all matrix-producing cells at high resolution, and to identify distinct subpopulations of pericytes and fibroblasts as the main cellular sources of scar-forming myofibroblasts during human kidney fibrosis. We used genetic fate-tracing, time-course single-cell RNA sequencing and ATAC–seq (assay for transposase-accessible chromatin using sequencing) experiments in mice, and spatial transcriptomics in human kidney fibrosis, to shed light on the cellular origins and differentiation of human kidney myofibroblasts and their precursors at high resolution. Finally, we used this strategy to detect potential therapeutic targets, and identified NKD2 as a myofibroblast-specific target in human kidney fibrosis. A range of techniques are used to investigate the molecular landscape of chronic kidney disease, and the results suggest that distinct populations of pericytes and fibroblasts are the main source of myofibroblasts in kidney fibrosis.

Kidney failure is frequently observed during and after COVID-19, but it remains elusive whether this is a direct effect of the virus. Here, we report that SARS-CoV-2 directly infects kidney cells and is associated with increased tubule-interstitial kidney fibrosis in patient autopsy samples. To study direct effects of the virus on the kidney independent of systemic effects of COVID-19, we infected human-induced pluripotent stem-cell-derived kidney organoids with SARS-CoV-2. Single-cell RNA sequencing indicated injury and dedifferentiation of infected cells with activation of profibrotic signaling pathways. Importantly, SARS-CoV-2 infection also led to increased collagen 1 protein expression in organoids. A SARS-CoV-2 protease inhibitor was able to ameliorate the infection of kidney cells by SARS-CoV-2. Our results suggest that SARS-CoV-2 can directly infect kidney cells and induce cell injury with subsequent fibrosis. These data could explain both acute kidney injury in COVID-19 patients and the development of chronic kidney disease in long COVID.

Abstract Nephrotic syndrome (NS) is characterized by severe proteinuria as a consequence of kidney glomerular injury due to podocyte damage. In vitro models mimicking in vivo podocyte characteristics are a prerequisite to resolve NS pathogenesis. Here, we report human induced pluripotent stem cell derived kidney organoids containing a podocyte population that heads towards adult podocytes and were superior compared to 2D counterparts, based on scRNA sequencing, super-resolution imaging and electron microscopy. In this study, these next-generation podocytes in kidney organoids enabled personalized idiopathic nephrotic syndrome modeling as shown by activated slit diaphragm signaling and podocyte injury following protamine sulfate treatment and exposure to NS plasma containing pathogenic permeability factors. Organoids cultured from cells of a patient with heterozygous NPHS2 mutations showed poor NPHS2 expression and aberrant NPHS1 localization, which was reversible after genetic correction. Repaired organoids displayed increased VEGFA pathway activity and transcription factor activity known to be essential for podocyte physiology, as shown by RNA sequencing. This study shows that organoids are the preferred model of choice to study idiopathic and congenital podocytopathies. Summary Statement Kidney organoid podocytes allow personalized nephrotic sydrome modeling,