Autophagy is a bulk protein degradation system that likely plays an important role in normal proximal tubule function and recovery from acute ischemic kidney injury. Using conditional Atg5 gene deletion to eliminate autophagy in the proximal tubule, we determined whether autophagy prevents accumulation of damaged proteins and organelles with aging and ischemic renal injury. Autophagy-deficient cells accumulated deformed mitochondria and cytoplasmic inclusions, leading to cellular hypertrophy and eventual degeneration not observed in wildtype controls. In autophagy-deficient mice, I/R injury increased proximal tubule cell apoptosis with accumulation of p62 and ubiquitin positive cytoplasmic inclusions. Compared with control animals, autophagy-deficient mice exhibited significantly greater elevations in serum urea nitrogen and creatinine. These data suggest that autophagy maintains proximal tubule cell homeostasis and protects against ischemic injury. Enhancing autophagy may provide a novel therapeutic approach to minimize acute kidney injury and slow CKD progression.

Excessive fat intake contributes to the progression of metabolic diseases via cellular injury and inflammation, a process termed lipotoxicity. Here, we investigated the role of lysosomal dysfunction and impaired autophagic flux in the pathogenesis of lipotoxicity in the kidney. In mice, a high-fat diet (HFD) resulted in an accumulation of phospholipids in enlarged lysosomes within kidney proximal tubular cells (PTCs). In isolated PTCs treated with palmitic acid, autophagic degradation activity progressively stagnated in association with impaired lysosomal acidification and excessive lipid accumulation. Pulse-chase experiments revealed that the accumulated lipids originated from cellular membranes. In mice with induced PTC-specific ablation of autophagy, PTCs of HFD-mice exhibited greater accumulation of ubiquitin-positive protein aggregates normally removed by autophagy than did PTCs of mice fed a normal diet. Furthermore, HFD-mice had no capacity to augment autophagic activity upon another pathologic stress. Autophagy ablation also exaggerated HFD-induced mitochondrial dysfunction and inflammasome activation. Moreover, renal ischemia-reperfusion induced greater injury in HFD-mice than in mice fed a normal diet, and ablation of autophagy further exacerbated this effect. Finally, we detected similarly enhanced phospholipid accumulation in enlarged lysosomes and impaired autophagic flux in the kidneys of obese patients compared with nonobese patients. These findings provide key insights regarding the pathophysiology of lipotoxicity in the kidney and clues to a novel treatment for obesity-related kidney diseases.

Key Points The expression of MondoA was decreased in the renal tubules of patients with CKD. Genetic ablation of MondoA in proximal tubules inhibited autophagy and increased vulnerability to AKI through increased expression of Rubicon. MondoA ablation during the recovery phase after ischemia-reperfusion aggravated kidney injury through downregulation of the transcription factor EB-peroxisome proliferator-activated receptor- γ coactivator-1 α axis. Background Elderly individuals and patients with CKD are at a higher risk of AKI. The transcription factor MondoA is downregulated in the kidneys of aged individuals or patients with AKI; however, its roles in AKI development and the AKI-to-CKD transition remain unknown. Methods We investigated the expression of MondoA in human kidney biopsy samples, ischemia-reperfusion–injured (IRI) mouse kidneys, and cultured proximal tubular epithelial cells under hypoxia/reoxygenation. The role of MondoA during the initial and recovery phases after IRI was evaluated using proximal tubule–specific MondoA knockout mice and MondoA -deficient proximal tubular epithelial cells. Furthermore, we explored the involvement of Rubicon and transcription factor EB (TFEB), both of which are downstream factors of MondoA. Results MONDOA expression was decreased in the renal tubules of patients with CKD. In mouse kidneys, MondoA expression was decreased under ischemia, whereas its expression was increased during reperfusion. Genetic ablation of MondoA in proximal tubular epithelial cells inhibited autophagy and increased vulnerability to AKI through increased expression of Rubicon. Ablation of Rubicon in MondoA -deficient IRI kidneys activated autophagy and protected mitochondrial function. MondoA ablation during the recovery phase after ischemia-reperfusion aggravated kidney injury through downregulation of the TFEB-peroxisome proliferator-activated receptor- γ coactivator-1 α axis. Pharmacological upregulation of TFEB contributed to maintaining mitochondrial biogenesis and increased peroxisome proliferator-activated receptor- γ coactivator-1 α transcription. Conclusions Our findings demonstrate that MondoA protected against vulnerability to AKI by maintaining autophagy and subsequently supporting mitochondrial function to prevent progression to CKD.