Mutational analysis of cysteine-rich domains of the epithelium sodium channel (ENaC). Identification of cysteines essential for channel expression at the cell surface.

One of the characteristic features of the structure of the epithelial sodium channel family (ENaC) is the presence of two highly conserved cysteine-rich domains (CRD1 and CRD2) in the large extracellular loops of the proteins. We have studied the role of CRDs in the functional expression of rat alphabetagamma ENaC subunits by systematically mutating cysteine residues (singly or in combinations) into either serine or alanine. In the Xenopus oocyte expression system, mutations of two cysteines in CRD1 of alpha, beta, or gamma ENaC subunits led to a temperature-dependent inactivation of the channel. In CRD1, one of the cysteines of the rat alphaENaC subunit (Cys158) is homologous to Cys133 of the corresponding human subunit causing, when mutated to tyrosine (C133Y), pseudohypoaldosteronism type 1, a severe salt-loosing syndrome in neonates. In CRD2, mutation of two cysteines in alpha and beta but not in the gamma subunit also produced a temperature-dependent inactivation of the channel. The main features of the mutant cysteine channels are: (i) a decrease in cell surface expression of channel molecules that parallels the decrease in channel activity and (ii) a normal assembly or rate of degradation as assessed by nondenaturing co-immunoprecipitation of [35S]methionine-labeled channel protein. These data indicate that the two cysteines in CRD1 and CRD2 are not a prerequisite for subunit assembly and/or intrinsic channel activity. We propose that they play an essential role in the efficient transport of assembled channels to the plasma membrane.

Colitis induced in mice with dextran sulfate sodium (DSS) is mediated by the NLRP3 inflammasome.

BACKGROUND: The proinflammatory cytokines interleukin 1beta (IL-1beta) and IL-18 are central players in the pathogenesis of inflammatory bowel disease (IBD). In response to a variety of microbial components and crystalline substances, both cytokines are processed via the caspase-1-activating multiprotein complex, the NLRP3 inflammasome. Here, the role of the NLRP3 inflammasome in experimental colitis induced by dextran sodium sulfate (DSS) was examined. METHODS: IL-1beta production in response to DSS was studied in macrophages of wild-type, caspase-1(-/-), NLRP3(-/-), ASC(-/-), cathepsin B(-/-) or cathepsin L(-/-) mice. Colitis was induced in C57BL/6 and NLRP3(-/-) mice by oral DSS administration. A clinical disease activity score was evaluated daily. Histological colitis severity and expression of cytokines were determined in colonic tissue. RESULTS: Macrophages incubated with DSS in vitro secreted high levels of IL-1beta in a caspase-1-dependent manner. IL-1beta secretion was abrogated in macrophages lacking NLRP3, ASC or caspase-1, indicating that DSS activates caspase-1 via the NLRP3 inflammasome. Moreover, IL-1beta secretion was dependent on phagocytosis, lysosomal maturation, cathepsin B and L, and reactive oxygen species (ROS). After oral administration of DSS, NLRP3(-/-) mice developed a less severe colitis than wild-type mice and produced lower levels of proinflammatory cytokines in colonic tissue. Pharmacological inhibition of caspase-1 with pralnacasan achieved a level of mucosal protection comparable with NLRP3 deficiency. CONCLUSIONS: The NLRP3 inflammasome was identified as a critical mechanism of intestinal inflammation in the DSS colitis model. The NLRP3 inflammasome may serve as a potential target for the development of novel therapeutics for patients with IBD.

NF-kappaB inhibits sodium transport via down-regulation of SGK1 in renal collecting duct principal cells.

Tubulointerstitial inflammation is a common feature of renal diseases. We have investigated the relationship between inflammation and Na(+) transport in the collecting duct (CD) using the mCCD(cl1) and mpkCDD(cl4) principal cell models. Lipopolysaccharide (LPS) decreased basal and aldosterone-stimulated amiloride-sensitive transepithelial current in a time-dependent manner. This effect was associated with a decrease in serum and glucocorticoid-regulated kinase 1 (SGK1) mRNA and protein levels followed by a decrease in epithelial sodium channel (ENaC) alpha-subunit mRNA levels. The LPS-induced decrease in SGK1 expression was confirmed in isolated rat CD. This decreased expression of either SGK1 or the ENaC alpha-subunit was not due to enhanced degradation of mRNA. In contrast, LPS inhibited transcriptional activity of the SGK1 promoter measured by luciferase-reporter gene assay. The effect of LPS was not mediated by inhibition of mineralocorticoid or glucocorticoid receptor, because expression of both receptors was unchanged and blockade of either receptor by spironolactone or RU486, respectively, did not prevent the down-regulation of SGK1. The effect of LPS was mediated by the canonical NF-kappaB pathway, as overexpression of a constitutively active mutant, IKKbeta (inhibitor of nuclear factor kappaB kinase-beta) decreased SGK1 mRNA levels, and knockdown of p65 NF-kappaB subunit by small interfering RNA increased SGK1 mRNA levels. Chromatin immunoprecipitation showed that LPS increased p65 binding to two NF-kappaB sites along the SGK1 promoter. In conclusion, we show that activation of the NF-kappaB pathway down-regulates SGK1 expression, which might lead to decreased ENaC alpha-subunit expression, ultimately resulting in decreased Na(+) transport.

The heterotetrameric architecture of the epithelial sodium channel (ENaC).

The epithelial sodium channel (ENaC) is a key element for the maintenance of sodium balance and the regulation of blood pressure. Three homologous ENaC subunits (alpha, beta and gamma) assemble to form a highly Na+-selective channel. However, the subunit stoichiometry of ENaC has not yet been solved. Quantitative analysis of cell surface expression of ENaC alpha, beta and gamma subunits shows that they assemble according to a fixed stoichiometry, with alpha ENaC as the most abundant subunit. Functional assays based on differential sensitivities to channel blockers elicited by mutations tagging each alpha, beta and gamma subunit are consistent with a four subunit stoichiometry composed of two alpha, one beta and one gamma. Expression of concatameric cDNA constructs made of different combinations of ENaC subunits confirmed the four subunit channel stoichiometry and showed that the arrangement of the subunits around the channel pore consists of two alpha subunits separated by beta and gamma subunits.

p.L1612P, a novel voltage-gated sodium channel Nav1.7 mutation inducing a cold sensitive paroxysmal extreme pain disorder.

BACKGROUND: Mutations in the SCN9A gene cause chronic pain and pain insensitivity syndromes. We aimed to study clinical, genetic, and electrophysiological features of paroxysmal extreme pain disorder (PEPD) caused by a novel SCN9A mutation. METHODS: Description of a 4-generation family suffering from PEPD with clinical, genetic and electrophysiological studies including patch clamp experiments assessing response to drug and temperature. RESULTS: The family was clinically comparable to those reported previously with the exception of a favorable effect of cold exposure and a lack of drug efficacy including with carbamazepine, a proposed treatment for PEPD. A novel p.L1612P mutation in the Nav1.7 voltage-gated sodium channel was found in the four affected family members tested. Electrophysiologically the mutation substantially depolarized the steady-state inactivation curve (V1/2 from -61.8 ± 4.5 mV to -30.9 ± 2.2 mV, n = 4 and 7, P < 0.001), significantly increased ramp current (from 1.8% to 3.4%, n = 10 and 12) and shortened recovery from inactivation (from 7.2 ± 5.6 ms to 2.2 ± 1.5 ms, n = 11 and 10). However, there was no persistent current. Cold exposure reduced peak current and prolonged recovery from inactivation in wild-type and mutated channels. Amitriptyline only slightly corrected the steady-state inactivation shift of the mutated channel, which is consistent with the lack of clinical benefit. CONCLUSIONS: The novel p.L1612P Nav1.7 mutation expands the PEPD spectrum with a unique combination of clinical symptoms and electrophysiological properties. Symptoms are partially responsive to temperature but not to drug therapy. In vitro trials of sodium channel blockers or temperature dependence might help predict treatment efficacy in PEPD.

Effect of sodium loading/depletion on renal oxygenation in young normotensive and hypertensive men

Rapport de synthèse:Le but de cette étude était d'investiguer pour la première fois chez l'homme l'effet du sodium alimentaire et de l'hypertension artérielle sur l'oxygénation tissulaire par une technique spéciale d'imagerie à résonance magnétique nommée 'BOLD-IRM' (Blood Oxygen Level Dependent-IRM). Le BOLD-IRM est une technique nouvelle qui permet de mesurer la bio disponibilité tissulaire d'oxygène de façon non-invasive chez l'homme, en utilisant le déoxyhémoglobine comme produit de contraste endogène.Le rational de cette étude était double. Premièrement, des changements dans l'apport sodique alimentaire devraient théoriquement influencer l'oxygénation tissulaire rénale, étant donné que la réabsorption tubulaire du sodium est un transport actif nécessitant de l'énergie et de l'oxygène. Deuxièmement, des études chez l'animal suggèrent une rôle possible de l'hypoxie tissulaire dans le développement de la néphropathie hypertensive.Nous avons déterminé l'oxygénation rénale avec le BOLD-IRM chez dix hommes normo tendus (âgés de 26.5±7.4 ans) et huit hommes hypertendus non-traités (âgés de 28.8±5.7 ans) une semaine après un régime riche en sel (>200 mmol/jour), et de nouveau une semaine après un régime pauvre en sel (<100 mmol/jour). En parallèle, nous avons mesuré la clearance de l'inuline, du p- aminohippurate (PAH) et du lithium endogène, afin de déterminer respectivement la filtration glomérulaire, le flux sanguin rénal et le 'renal sodium handling', tous des paramètres ayant la capacité d'influencer la consommation et/ou la disponibilité d'oxygène tissulaire. Nous nous attendions d'une côté à une oxygénation rénale diminuée chez les sujets hypertendus par rapport aux sujets normo tendus, et d'une autre côté à une augmentation de l'oxygénation tissulaire rénale après une semaine de régime pauvre en sel par rapport à la phase d'un régime riche en sel.Nous retenons comme résultat principal une augmentation de l'oxygénation rénale médullaire suite à une restriction sodique par rapport à un régime riche en sel chez tous les participants (normo-et hypertendus). Chez les participants normotendus ces changements correlaient avec des changements dans le transport actif du sodium, et ceci indépendamment du flux sanguin rénal. Contrairement à ce qu'on attendait, l'oxygénation rénale médullaire était plus élevé chez les sujets hypertendus par rapport aux sujets normotendus.En résumé, ces observations offrent possiblement une explication pour les bénéfices rénaux liés à un régime pauvre en sel. En plus, la combinaison d'études de clearance et le BOLD- IRM comme utilisé dans cette étude se sont révélés un outil performant et prometteur qui peut stimuler la recherche dans ce domaine.

Independent relations of left ventricular structure with the 24-hour urinary excretion of sodium and aldosterone.

Previous studies reported on the association of left ventricular mass index (LVMI) with urinary sodium or with circulating or urinary aldosterone. We investigated the independent associations of LVMI with the urinary excretion of both sodium and aldosterone. We randomly recruited 317 untreated subjects from a white population (45.1% women; mean age 48.2 years). Measurements included echocardiographic left ventricular (LV) properties, the 24-hour urinary excretion of sodium and aldosterone, plasma renin activity (PRA), and proximal (RNa(prox)) and distal (RNa(dist)) renal sodium reabsorption, assessed from the endogenous lithium clearance. In multivariable-adjusted models, we expressed changes in LVMI per 1-SD increase in the explanatory variables, while accounting for sex, age, systolic blood pressure, and the waist-to-hip ratio. LVMI increased independently with the urinary excretion of both sodium (+2.48 g/m(2); P=0.005) and aldosterone (+2.63 g/m(2); P=0.004). Higher sodium excretion was associated with increased mean wall thickness (MWT: +0.126 mm, P=0.054), but with no change in LV end-diastolic diameter (LVID: +0.12 mm, P=0.64). In contrast, higher aldosterone excretion was associated with higher LVID (+0.54 mm; P=0.017), but with no change in MWT (+0.070 mm; P=0.28). Higher RNa(dist) was associated with lower relative wall thickness (-0.81x10(-2), P=0.017), because of opposite trends in LVID (+0.33 mm; P=0.13) and MWT (-0.130 mm; P=0.040). LVMI was not associated with PRA or RNa(prox.) In conclusion, LVMI independently increased with both urinary sodium and aldosterone excretion. Increased MWT explained the association of LVMI with urinary sodium and increased LVID the association of LVMI with urinary aldosterone.

The transmembrane serine protease (TMPRSS3) mutated in deafness DFNB8/10 activates the epithelial sodium channel (ENaC) in vitro.

TMPRSS3 encodes a transmembrane serine protease that contains both LDLRA and SRCR domains and is mutated in non-syndromic autosomal recessive deafness (DFNB8/10). To study its function, we cloned the mouse ortholog which maps to Mmu17, which is structurally similar to the human gene and encodes a polypeptide with 88% identity to the human protein. RT-PCR and RNA in situ hybridization on rat and mouse cochlea revealed that Tmprss3 is expressed in the spiral ganglion, the cells supporting the organ of Corti and the stria vascularis. RT-PCR on mouse tissues showed expression in the thymus, stomach, testis and E19 embryos. Transient expression of wild-type or tagged TMPRSS3 protein showed a primary localization in the endoplasmic reticulum. The epithelial amiloride-sensitive sodium channel (ENaC), which is expressed in many sodium-reabsorbing tissues including the inner ear and is regulated by membrane-bound channel activating serine proteases (CAPs), is a potential substrate of TMPRSS3. In the Xenopus oocyte expression system, proteolytic processing of TMPRSS3 was associated with increased ENaC mediated currents. In contrast, 6 TMPRSS3 mutants (D103G, R109W, C194F, W251C, P404L, C407R) causing deafness and a mutant in the catalytic triad of TMPRSS3 (S401A), failed to undergo proteolytic cleavage and activate ENaC. These data indicate that important signaling pathways in the inner ear are controlled by proteolytic cleavage and suggest: (i) the existence of an auto-catalytic processing by which TMPRSS3 would become active, and (ii) that ENaC could be a substrate of TMPRSS3 in the inner ear.

A novel neutrophil elastase inhibitor prevents elastase activation and surface cleavage of the epithelial sodium channel expressed in Xenopus laevis oocytes.

The amiloride-sensitive epithelial sodium channel (ENaC) constitutes a limiting step in sodium reabsorption across distal airway epithelium and controlling mucociliary clearance. ENaC is activated by serine proteases secreted in the extracellular milieu. In cystic fibrosis lungs, high concentrations of secreted neutrophil elastase (NE) are observed. hNE could activate ENaC and contribute to further decreased mucociliary clearance. The aims of this study were (i) to test the ability of an engineered human neutrophil elastase inhibitor (EPI-hNE4) to specifically inhibit the elastase activation of ENaC-mediated amiloride-sensitive currents (I(Na)) and (ii) to examine the effect of elastase on cell surface expression of ENaC and its cleavage pattern (exogenous proteolysis). Oocytes were exposed to hNE (10-100 microg/ml) and/or trypsin (10 microg/ml) for 2-5 min in the presence or absence of EPI-hNE4 (0.7 microm). hNE activated I(Na) 3.6-fold (p < 0.001) relative to non-treated hENaC-injected oocytes. EPI-hNE4 fully inhibited hNE-activated I(Na) but had no effect on trypsin- or prostasin-activated I(Na). The co-activation of I(Na) by hNE and trypsin was not additive. Biotinylation experiments revealed that cell surface gamma ENaC (but not alpha or beta ENaC) exposed to hNE for 2 min was cleaved (as a 67-kDa fragment) and correlated with increased I(Na). The elastase-induced exogenous proteolysis pattern is distinct from the endogenous proteolysis pattern induced upon preferential assembly, suggesting a causal relationship between gamma ENaC cleavage and ENaC activation, taking place at the plasma membrane.

Ubiquitylation of voltage-gated sodium channels.

Ion channel proteins are regulated by different types of posttranslational modifications. The focus of this review is the regulation of voltage-gated sodium channels (Navs) upon their ubiquitylation. The amiloride-sensitive epithelial sodium channel (ENaC) was the first ion channel shown to be regulated upon ubiquitylation. This modification results from the binding of ubiquitin ligase from the Nedd4 family to a protein-protein interaction domain, known as the PY motif, in the ENaC subunits. Many of the Navs have similar PY motifs, which have been demonstrated to be targets of Nedd4-dependent ubiquitylation, tagging them for internalization from the cell surface. The role of Nedd4-dependent regulation of the Nav membrane density in physiology and disease remains poorly understood. Two recent studies have provided evidence that Nedd4-2 is downregulated in dorsal root ganglion (DRG) neurons in both rat and mouse models of nerve injury-induced neuropathic pain. Using two different mouse models, one with a specific knockout of Nedd4-2 in sensory neurons and another where Nedd4-2 was overexpressed with the use of viral vectors, it was demonstrated that the neuropathy-linked neuronal hyperexcitability was the result of Nav1.7 and Nav1.8 overexpression due to Nedd4-2 downregulation. These studies provided the first in vivo evidence of the role of Nedd4-2-dependent regulation of Nav channels in a disease state. This ubiquitylation pathway may be involved in the development of symptoms and diseases linked to Nav-dependent hyperexcitability, such as pain, cardiac arrhythmias, epilepsy, migraine, and myotonias.

Role of the epithelial sodium channel (ENaC) and its positive regulator, the channel-activating protease 1 (CAP1) in skin

Summary: The mammalian epidermis is a pluristratified epithelium composed of 90% keratinocytes, and its main function is to serve as barrier for the body. The epithelial sodium channel (ENaC), formed by three homologous subunits α, β and γ is found in a variety of epithelia including epidermis. Previous studies showed that ENaC modulates different aspects of epidermal differentiation, such as synthesis of differentiation-specific proteins and lipid secretion. ENaC plays also a critical role in sodium homeostasis of renal and pulmonary epithelia, and its activity is thereby well controlled by hormones and non-hormonal factors, such as the serine protease CAP1 (channel-activating protease 1), also termed prostasin encoded by Prss8 gene. Serine proteases are proteolytic enzymes involved in numerous physiological and pathological processes in the epidermis. In order to evaluate the role of β and γENaC in epidermis, we analyzed the skin phenotype of β and γENaC null mutant (βENaC-/- and γENaC-/-) mice in comparison with the phenotype of αENaC-deficient mice. Furthermore, keratin14-specific CAP1-deficient mice (Prss8lox/Δ /K14-Cre) were generated in order to unveil the role of the serine protease CAP1 in epidermal development and function. This study reveals that the skin phenotype of βENaC and γENaC null mutant mice is less severe than the one of αENaC-deficient mice. However, all these mice present a common premature lipid secretion in the mid-granular layer of the epidermis. Further, the composition of the lipids of the stratum corneum in αENaC-deficient mice is strongly altered, suggesting that epidermal barrier function is compromised. K14-specific CAP1-deficient newborn mice are born at the expected Mendelian ratio, but die soon after birth, showing that CAP1 is required for postnatal survival. The epidermis of these mice exhibits striking malformations of the stratum corneum showing hyperkeratosis. These defects seriously affect both inward and outward epidermal barrier function, leading to rapid and fatal dehydration. As in αENaC-deficient mice, the lipid composition of the stratum corneum of K14-specific CAP1-deficient mice is disturbed. Furthermore, lack of CAP1 leads to the selective loss of filaggrin monomers, important for keratins aggregation and skin moisturization, and to an increased of aberrant profilaggrin precursors. In conclusion, both ENaC and CAP1 expression in the epidermis are crucial for keratinocyte differentiation processes and/or barrier function. Since the abnormalities in K14-specific CAP1-deficient mice resemble key features of human skin ichthyosis, in particular Harlequin ichthyosis, the study of ENaC and CAP1 mutant mice might allow new insights into mechanisms underlying skin diseases. Résumé: L'épiderme des mammifères est un épithélium pluristratifié, protégeant le corps contre les perturbations extérieures et la déshydratation. Le canal épithélial à sodium (ENaC), formé de trois sous-unités α, β et γ, est exprimé dans de nombreux épithélia, comme l'épiderme. Des études ont montré que l'absence de la sous-unité αENaC modulait différents aspects de la différenciation des kératinocytes de l'épiderme, comme la synthèse de protéines spécifiques ou la sécrétion de lipides dans la couche granulaire de l'épiderme. ENaC joue également un rôle crucial dans l'homéostasie du sodium dans les épithélia électriquement étanches, comme l'épithélium rénal ou pulmonaire. L'activité de ENaC est par conséquent finement régulée, en partie par des hormones, mais aussi par des facteurs non-hormonaux, telle que la sérine protéase CAP1 (« channel-activating protease 1 >>) (nommée également prostasine et codée par le gène Prss8). Le but de ce travail a donc été d'étudier le rôle des sous-unités β et γENaC dans l'épiderme en comparaison avec celui de la sous-unité α en utilisant des souris mutantes βENaC-/- et γENaC-/-. Dans un deuxième temps, le phénotype d'une souris chez qui CAP1 a été spécifiquement invalidé dans l'épiderme (Prsslox/Δ/K14-Cre) a été analysé, dans le but de mettre en évidence le rôle de cette protéase dans l'épiderme. Comme déjà montré pour les souris αENaC-/-, la sécrétion des lipides dans la couche granulaire de l'épiderme des souris βENaC-/- et γENaC-/- est prématurée. Cependant, l'hyperplasie et l'expression anormale des protéines marqueurs de la différenciation présents chez les souris αENaC-/- n'ont pas été observés dans l'épiderme des souris βENaC-/- et γENaC-/-. La composition lipidique de la couche cornée des souris αENaC-/- est fortement altérée suggérant que la fonction de barrière de l'épiderme de ces souris est compromise. Les souris mutantes CAP1 ont quant à elles révélé des malformations sévères de leur couche cornée, affectant la fonction de barrière de leur épiderme et conduisant à la mort de ces souris par déshydratation quelques jours après leur naissance. De plus, la composition en lipides de la couche cornée ainsi que la taille des cellules cornées, les cornéocytes, de ces souris sont modifiées par rapport aux souris contrôles. L'invalidation de la protéine CAP1 dans l'épiderme conduit aussi à la perte de la filaggrine, une protéine cruciale pour l'agrégation des kératines dans la couche cornée et le maintien du niveau d'hydratation de la peau, et à l'accumulation de ses précurseurs. En conclusion, l'expression de ENaC et de CAP1 est cruciale pour la différenciation de l'épiderme et/ou sa fonction de barrière. De plus, le phénotype des souris mutantes CAP1 présente des caractéristiques qui ressemblent à celles observées dans certaines pathologies humaines cutanées, comme l'ichthyose d'Harlequin. L'étude des souris mutantes ENaC et CAP1 pourrait donc apporter de nouvelles connaissances dans les mécanismes impliqués dans l'ichthyose d'Harlequin ou d'autres maladies de la peau chez l'homme. Résumé tout public: La peau est le plus grand organe vital du corps humain. Sa fonction principale est de protéger le corps comme une barrière, contre les agressions extérieures et la déshydratation. De nombreuses maladies de la peau résultent d'une perte de fonction de cette barrière. Bien que les pathologies cutanées soient très bien décrites, leur cause génétique n'est en général pas encore connue. La souris est alors un modèle de choix pour la recherche fondamentale. En effet, grâce aux progrès récents de la science, le génome de la souris peut aujourd'hui être modifié dans le but d'étudier le rôle de nombreuses protéines. Dans différents organes, comme le rein et le poumon, le canal épithélial à sodium (ENaC), composé de trois sous-unités protéiques homologues (α, β, et γ), joue un rôle essentiel dans la réabsorption du sodium. L'activité de ENaC est régulée par de nombreux facteurs hormonaux et non-hormonaux, telle que la protéase CAP1 (« channel-activating protease 1 »). L'invalidation de la sous-unité αENaC chez la souris a permis de montrer que dans la peau, le canal ENaC est impliqué dans la différenciation des cellules de l'épiderme et la croissance des poils. Durant ce travail, le phénotype des souris chez qui la protéine βENaC, γENaC ou CAP1 a été invalidée (souris mutantes), a été étudié dans le but de mieux comprendre le rôle des sous-unités du canal ENaC et de son régulateur CAP1 dans la peau. Les résultats de ce projet ont montré que les souris mutantes βENaC et γENaC présentent un épiderme anormal avec une synthèse prématurée de lipides dans la couche granulaire, suggérant l'implication de ENaC dans la fonction de barrière de la peau. De plus, quand CAP1 est invalidé de manière totale chez les souris, le développement embryonnaire est perturbé et ces souris meurent avant la naissance. CAP1 a donc été invalidé spécifiquement dans l'épiderme des souris. Ces souris mutantes « épiderme-spécifique » naissent normalement, mais meurent peu après la naissance de déshydratation. La couche superficielle de l'épiderme, appelée couche cornée, de ces souris est malformée et ne confère plus à la peau sa fonction de barrière. De plus, les composants de la couche cornée, les cellules cornées entourées de lipides, sont sévèrement altérés. Le phénotype de ces souris ressemble aux caractéristiques présentes chez les patients atteints d'ichthyoses, en particulier l'ichthyose d'Harlequin. En conclusion, le canal ENaC ainsi que son régulateur CAP1 jouent un rôle clé dans les processus de différenciation de l'épiderme et/ou de sa fonction de barrière. De plus, les souris mutantes pour CAP1 et ENaC se révéleront peut-être comme des modèles appropriés dans l'étude de l'ichthyose d'Harlequin ou d'autres maladies cutanées.

Regulation of the cardiac voltage-gated sodium channel Nav1.5 : regulation of Nav1.5 by ubiquitin-protein ligases of the Nedd4/Nedd4-like family and characterisation of two novel mutations in the gene encoding Nav1.5 (SCN5A) implicated in the Brugada syndrome triggered by fever

Abstract: The genesis of the cardiac action potential, which accounts for the cardiac contraction, is due to the sodium current INa mediated by the voltage-gated sodium channel Nav1.5. Several cardiac arrhythmias such as the Brugada syndrome are known te be caused by mutations in SCN5A, the gene encoding Nav1.5. Studies of these mutations allowed a better understanding of biophysical and functional properties of Nav1.5. However, only few investigations have been performed in order to understand the regulation of Nav1.5. During my thesis, I investigated different mechanisms of regulation of Nav1.5 using a heterologous expression system, HEK293 cells, coupled with a technique of sodium current recording: the patch clamp in whole cell configuration. In previous studies it has been shown that an enzyme of the Nedd4 family (Nedd4-2) regulates an epithelial sodium channel via the interaction with PY-motifs present in the latter. Interestingly, Nav1.5 contains a similar PY-motif, which motivated us to study the role of Nedd4-2 expressed in heart for the regulation of Nav1.5. In a second study, we investigated the implication of two Nav1.5 mutants, which were either less functional or net functional (Nav1.5 R535X and Nav1.5 L325R respectively) implied in the genesis of the Brugada syndrome by fever. Our results established two mechanisms implied in Nav1.5 regulation. The first one implies that following the interaction between the PY-motif of Nav1.5 and Nedd4- 2 Nav1.5 is ubiquitinated by Nedd4-2. This ubiquitination leads to the internalization of Nav1 .5. The second mechanism is a phenomenon called the "dominant negative" effect of Nav1.5 L325R on Nay1.5 where the decrease of 'Na is potentially due to the retention of Nav1.5 by Nav1.5 L325R in an undefined intracellular compartment. These studies defined two mechanisms of Nav1.5 regulation, which could play an important role for the genesis of cardiac arrhythmias where molecular processes are still poorly understood. Résumé La genèse du potentiel d'action cardiaque, permettant la contraction cardiaque, est due au courant sodique INa issu des canaux sodiques cardiaques dépendants du voltage Nav1.5. Nombreuses arythmies cardiaques telles que le syndrome de Brugada sont connues pour être liées à des mutations du gène SCN5A, codant pour Nav1.5. L'étude de ces mutations a permis une meilleure compréhension des propriétés structurelles et fonctionnelles de Nav1.5 et leurs implications dans la genèse de ces pathologies. Néanmoins peu d'études ont été menées afin de comprendre les mécanismes de régulation de Nav1.5. Mon travail de thèse a consisté à étudier des mécanismes de régulation de Nav1.5 en utilisant un système d'expression hétérologue, les cellules HEK293, couplé à une technique d'enregistrement des courants sodiques, le "patch clamp" en configuration cellule entière. La présence sur Nav1.5 d'un motif-PY similaire à ceux nécessaires pour la régulation d'un canal épithélial sodique par une enzyme de la famille de Nedd4, nous a amenée à étudier le rôle de ces ubiquitine-ligases, en particulier Nedd4-2, dans la régulation de Nav1.5. La seconde étude s'est intéressée aux conséquences de deux mutations de SCN5A codant pour deux mutants peu ou pas fonctionnels (Nav1.5 L325R et Nav1.5 R535X respectivement) retrouvées chez des patients présentant un syndrome de Brugada exacerbé par un état fébrile. Nos résultats ont permis d'établir deux mécanismes de régulation de Nav1.5 L'un par Nedd4-2 qui implique rubiquitination de Nav1.5 par cette ligase suite à l'interaction entre le motif-PY de Nav1.5 et Nedd4-2. Cette modification déclenche l'internalisation du canal impliquée dans la diminution d'INa. Le second mécanisme quant à lui est un effet "dominant négatif" de Nav1.5 L325R sur Nav1.5 aboutissant à une diminution d'INa suite à la séquestration intracellulaire potentielle de Nav1.5 par Nav1.5 L325R. Ces études ont mis en évidence deux mécanismes de régulation de Nav1.5 pouvant jouer un rôle majeur dans la genèse et/ou l'accentuation des arythmies cardiaques dont les processus moléculaires au sein des cardiomyocytes, impliquant des modifications du courant sodiques, sont encore mal compris. Résumé destiné à un large public La dépolarisation électrique de la membrane des cellules cardiaques permet la contraction du coeur. La génèse de cette activité électrique est due au courant sodique issu d'un type de canal à sodium situé dans la membrane des cellules cardiaques. De nombreuses pathologies provoquant des troubles du rythme cardiaque sont issues de mutations du gène qui code pour ce canal à sodium. Ces canaux mutants, entrainant diverses pathologies cardiaques telles que le syndrome de Brugada, ont été largement étudiées. Néanmoins, peu de travaux ont été réalisés sur les mécanismes de régulation de ce canal à sodium non muté. Mon travail de thèse a consisté à étudier certains des mécanismes de régulation de ce canal à sodium en utilisant une technique permettant l'enregistrement des courants sodiques issus de l'expression de ces canaux à sodium à la membrane de cellules mammifères. La présence sur ce canal à sodium d'une structure spécifique, similaire à celle nécessaire pour la régulation d'un canal épithélial à sodium par une enzyme appelée Nedd4-2, nous a amenée à étudier le rôle de cette enzyme dans la régulation de ce canal à sodium. La seconde étude s'est intéressée aux rôles de deux mutations du gène codant pour ce canal à sodium retrouvées chez des patients présentant un syndrome de Brugada exacerbé par la fièvre. Nos résultats nous ont permis d'établir deux mécanismes de régulation de ce canal à sodium diminuant le courant sodique l'un par l'action de l'enzyme Nedd4-2, suite à son interaction avec ce canal, qui modifie ce canal à sodium (ubiquitination) diminuant de ce fait la densité membranaire du canal. L'autre par un mécanisme suggérant un effet négatif de l'un des canaux mutants sur l'expression à la membrane du canal à sodium non muté. Ces études ont mis en évidence deux mécanismes de régulation de ce canal à sodium pouvant jouer un rôle majeur dans la genèse et/ou l'accentuation des troubles du rythme cardiaques dont les mécanismes cellulaires sont encore incompris.

Identification of the SPLUNC1 ENaC-inhibitory domain yields novel strategies to treat sodium hyperabsorption in cystic fibrosis airway epithelial cultures.

The epithelial sodium channel (ENaC) is responsible for Na(+) and fluid absorption across colon, kidney, and airway epithelia. Short palate lung and nasal epithelial clone 1 (SPLUNC1) is a secreted, innate defense protein and an autocrine inhibitor of ENaC that is highly expressed in airway epithelia. While SPLUNC1 has a bactericidal permeability-increasing protein (BPI)-type structure, its NH2-terminal region lacks structure. Here we found that an 18 amino acid peptide, S18, which corresponded to residues G22-A39 of the SPLUNC1 NH2 terminus inhibited ENaC activity to a similar degree as full-length SPLUNC1 (∼2.5 fold), while SPLUNC1 protein lacking this region was without effect. S18 did not inhibit the structurally related acid-sensing ion channels, indicating specificity for ENaC. However, S18 preferentially bound to the βENaC subunit in a glycosylation-dependent manner. ENaC hyperactivity is contributory to cystic fibrosis (CF) lung disease. Unlike control, CF human bronchial epithelial cultures (HBECs) where airway surface liquid (ASL) height was abnormally low (4.2 ± 0.6 μm), addition of S18 prevented ENaC-led ASL hyperabsorption and maintained CF ASL height at 7.9 ± 0.6 μm, even in the presence of neutrophil elastase, which is comparable to heights seen in normal HBECs. Our data also indicate that the ENaC inhibitory domain of SPLUNC1 may be cleaved away from the main molecule by neutrophil elastase, suggesting that it may still be active during inflammation or neutrophilia. Furthermore, the robust inhibition of ENaC by the S18 peptide suggests that this peptide may be suitable for treating CF lung disease.

Influence of sodium intake on circulating levels of neuropeptide Y.

Neuropeptide Y (NPY) is present in the adrenal medulla, in sympathetic neurons as well as in the circulation. This peptide not only exerts a direct vasoconstrictor effect, but also potentiates the vasoconstriction evoked by norepinephrine and sympathetic nerve stimulation. The vasoconstrictor effect of norepinephrine is also enhanced by salt loading and reduced by salt depletion. The purpose of this study was therefore to assess whether there exists a relationship between dietary sodium intake and the levels of circulating NPY. Uninephrectomized normotensive rats were maintained for 3 weeks either on a low, a regular or a high sodium intake. On the day of the experiment, plasma levels of NPY and catecholamines were measured in the unanesthetized animals. There was no significant difference in plasma norepinephrine and epinephrine levels between the 3 groups of rats. Plasma NPY levels were the lowest (65.4 +/- 8.8 fmol/ml, n-10, Mean +/- SEM) in salt-restricted and the highest (151.2 +/- 25 fmol/ml, n-14, p less than 0.02) in salt-loaded animals. Intermediate values were obtained in rats kept on a regular sodium intake (117.6 +/- 20.1 fmol/ml). These findings are therefore compatible with the hypothesis that sodium balance might to some extent influence blood pressure regulation via changes in circulating NPY levels which in turn modify blood pressure responsiveness.