Modulation of the epithelial sodium channel by serine proteases

Abstract The epithelial sodium channel (ENaC) is composed of three homologous subunits α, ß, and γ. This channel is involved in the regulation of sodium balance, which influences the periciliary liquid level in the lung, and blood pressure via the kidney. ENaC expressed in Xenopus laevis oocytes is preferentially and rapidly assembled into heteromeric αßγ complexes. Expression of homomeric α or heteromeric αß and αγ complexes lead to channel expression at the cell surface wíth low activities. Recent studies have demonstrated that α and γ (but not ß) ENaC subunits undergo proteolytic cleavage by endogenous proteases (i.e. furin) correlating with increased channel activity. We therefore assayed the full-length subunits and their cleavage products at the cell surface, as well as in the intracellular pool for all homo- and heteromeric combínations (α, ß, γ, ßγ, αß, αγ, ßγ and αßγ) and measured the corresponding channel activities as amiloride-sensitive sodíum transport (INa). We showed that upon assembly, cleavage of the y ENaC subunit ís responsible for increasing INa. We further demonstrated that in disease states such as cystic fibrosis (CF) where there is disequilibrium in the proteaseprotease inhibitor balance, ENaC is over-activated by the serine protease elastase (NE). We demonstrated that elevated NE concentrations can cleave cell surface expressed γ ENaC (but not α, or ß ENaC), suggesting a causal relationship between γ ENaC cleavage and ENaC activation, taking place at the plasma membrane. In addition, we demonstrated that the serine protease inhibitor (serpin) serpinH1, which is co-expressed with ENaC in the distal nephron is capable of inhibiting the channel by preventing cleavage of the γ ENaC subunit. Aldosterone mediated increases in INa aze known to be inhibted by TGFß. TGFß is also known to increase serpinHl expression. The demonstrated inhibition of γ ENaC cleavage and channel activation by serpinH1 may be responsible for the effect of TGFß on aldosterone stimulation in the distal nephron. In summary, we show that cleavage of the γ subunit, but not the α or ß subunit is linked to channel activation in three seperate contexts. Résumé Le canal épithélial à sodium (ENaC) est constitué de trois sous-unités homologues α, ß, and γ. Ce canal est impliqué dans le maintien de la balance sodique qui influence le niveau du liquide périciliaire du poumon et la pression sanguine via le rein. Dans les ovocytes de Xenopus laevis ENaC est préférentiellement et rapidement exprimé en formant un complexe hétéromérique αßγ. En revanche, l'expression homomérique de α ou hétéromérique des complexes αß et αγ conduit à une expression à la surface cellulaire d'un canal ENaC ne possédant qu'une faible activité. Des études récentes ont mis en évidence que les sous-unités α et γ d'ENaC (mais pas ß) sont coupées par des protéases endogènes (les farines) et que ces clivages augmentent l'activité du canal. Nous avons donc analysé, aussi bien à la surface cellulaire que dans le cytoplasme, les produits des clivages de combinaison homo- et hétéromérique des sous-unités d'ENaC (α, ß, γ, ßγ, αß, αγ, ßγ et αßγ). En parallèle, nous avons étudié l'activité correspondante à ces canaux par la mesure du transport de sodium sensible à l'amiloride (INa). Nous avons montré que lors de l'assemblage des sous-unités d'ENaC, le clivage de γ correspond à l'augmentation de INa. Nous avons également mis en évidence que dans une maladie telle que la fibrose cystique (CF) caractérisée par un déséquilibre de la balance protéase-inhibiteur de protéase, ENaC est suractivé par une sérine protéase nommée élastase (NE). L'augmentation de la concentration de NE clive γ ENaC exprimé à la surface cellulaire (mais pas α, ni ß ENaC) suggérant une causalité entre le clivage d'ENaC et son activation à la membrane plasmique. De plus, nous avons démontré que l'inhibiteur de sérine protéase (serpin) serpinH1, qui est co-exprimé avec ENaC dans le néphron distal, inhibe l'activité du canal en empêchant le clivage de la sous-unité γ ENaC. Il est connu que le INa induit par l'aldostérone peut être inhibé par TGFß. Or TGFß augmente l'expression de serpinH1. L'inhibition du clivage de γ ENaC et de l'activation du canal par la serpinH1 que nous avons mis en évidence pourrait ainsi être responsable de l'effet de TGFß sur la stimulation du courant par l'aldostérone dans le néphron distal. En résumé, nous avons montré que le clivage de la sous-unité γ, mais pas des sous-unités α et ß, est lié à l'activation du canal dans trois contextes distincts. Résumé tout public Le corps humain est composé d'environ 10 000 milliards de cellules et d'approximativement 60% d'eau. Les cellules du corps sont les unités fondamentales de la vie et elles sont dépendantes de certains nutriments et molécules. Ces nutriments et molécules sont dissous dans l'eau qui est présente dans et hors des cellules. Le maintien d'une concentration adéquate - de ces nutriments et de ces molécules dans l'eau à l'intérieur et à l'extérieur des cellules est -..essentiel pour leur survie. L'eau hors des cellules est nommée le fluide extracellulaire et peut être subdivisée en fluide interstitiel, qui se trouve autour des cellules, et en plasma, qui est le fluide des vaisseaux sanguins. Les fluides, les nutriments et les molécules sont constamment échangés entre les cellules, le fluide interstitiel, et le plasma. Le plasma circule dans le système circulatoire afin de distribuer les nutriments et molécules dans tout le corps et afin d'enlever les déchets cellulaires. Le rein joue un rôle essentiel dans la régulation du volume et de la concentration du plasma en éliminant sélectivement les nutriments et les molécules via la formation de l'urine. L'être humain possède deux reins, constitués chacun d'environ 1 million de néphrons. Ces derniers sont responsables de réabsorber et de sécréter sélectivement les nutriments et les molécules. Le canal épithélial à sodium (ENaC) est localisé à la surface cellulaire des néphrons et est responsable de la réabsorption du sodium (Na+). Le Na+ est présent dans quasiment toute la nourriture que nous mangeons et représente, en terme de molécule, 50% du sel de cuisine. Si trop de sodium est consommé, ENaC est inactif, si bien que le Na+ n'est pas réabsorbé et quitte le corps par l'urine. Ce mécanisme permet d'éviter que la concentration plasmatique de Na+ ne devienne trop grande, ce qui résulterait en une augmentation de la pression sanguine. Si trop peu de Na+ est consommé, ENaC réabsorbe le Na+ de l'urine primaire ce qui permet de conserver la concentration de Na+ et de prévenir une diminution de la pression sanguine par une perte de Na+. ENaC est aussi présent dans les cellules des poumons qui sont les organes permettant la respiration. La respiration est aussi essentielle pour la survie des cellules. Les poumons ne doivent pas contenir trop de liquide afin de permettre la respiration, mais en même temps ils ne doivent pas non plus être trop secs. En effet, ceci tuerait les cellules et empêcherait aussi la respiration. ENaC permet de maintenir un niveau d'humidité approprié dans les poumons en absorbant du Na+ ce qui entraîne un mouvement osmotique d'eau. L'absorption de sodium par ENaC ~ est augmentée par les protéases (in vitro et ex vivo). Les protéases sont des molécules qui peuvent couper d'autres molécules à des endroits précis. Nous avons démonté que certaines protéases augmentent l'absorption de Na+ en coupant ENaC à des endroits spécifiques. L'inhibition de ces protéases diminue le transport de Na+ et empêche le clivage d'ENaC. Dans certaines maladies telle que la mucoviscidose, des protéases sont suractivées et augmentent l'activité d'ENaC de manière inappropriée conduisant à une trop forte absorption de Na+ et à un déséquilibre de la muqueuse des poumons. Cette étude est donc particulièrement importante dans le cadre de la recherche thérapeutique de ce genre de maladie.

A phase IIa randomised clinical study of GNbAC1, a humanised monoclonal antibody against the envelope protein of multiple sclerosis-associated endogenous retrovirus in multiple sclerosis patients.

BACKGROUND: GNbAC1 is an immunoglobulin (IgG4) humanised monoclonal antibody against multiple sclerosis-associated retrovirus (MSRV)-Env, a protein of endogenous retroviral origin, expressed in multiple sclerosis (MS) lesions, which is pro-inflammatory and inhibits oligodendrocyte precursor cell differentiation. OBJECTIVE: This is a randomised, double-blind placebo-controlled dose-escalation study followed by a six-month open-label phase to test GNbAC1 in MS patients. The primary objective was to assess GNbAC1 safety in MS patients, and the other objectives were pharmacokinetic and pharmacodynamic assessments. METHODS: Ten MS patients were randomised into two cohorts to receive a single intravenous infusion of GNbAC1/placebo at doses of 2 or 6 mg/kg. Then all patients received five infusions of GNbAC1 at 2 or 6 mg/kg at four-week intervals in an open-label setting. Safety, brain magnetic resonance imaging (MRI), pharmacokinetics, immunogenicity, cytokines and MSRV RNA expression were studied. RESULTS: All patients completed the study. GNbAC1 was well tolerated in all patients. GNbAC1 pharmacokinetics is dose-linear with mean elimination half-life of 27-37 d. Anti-GNbAC1 antibodies were not detected. Cytokine analysis did not indicate an adverse effect. MSRV-transcripts showed a decline after the start of treatment. Nine patients had stable brain lesions at MRI. CONCLUSION: The safety, pharmacokinetic profile, and pharmacodynamic responses to GNbAC1 are favourable in MS patients over a six-month treatment period.

A phase IIa randomized clinical study testing GNbAC1, a humanized monoclonal antibody against the envelope protein of multiple sclerosis associated endogenous retrovirus in multiple sclerosis patients - A twelve month follow-up.

GNbAC1 is a humanized monoclonal antibody targeting MSRV-Env, an endogenous retroviral protein, which is expressed in multiple sclerosis (MS) lesions, is pro-inflammatory and inhibits oligodendrocyte precursor cell differentiation. This paper describes the open-label extension up to 12months of a trial testing GNbAC1 in 10 MS patients at 2 and 6mg/kg. The primary objective was to assess GNbAC1 safety, and other objectives were pharmacokinetic and pharmacodynamic assessments. During the extended study, no safety issues occurred in the 8 remaining patients. No anti-GNbAC1 antibodies were detected. GNbAC1 appears well tolerated.

Heme oxygenase-1 induction by endogenous nitric oxide: influence of intracellular glutathione.

To investigate the influence of glutathione (GSH) on cellular effects of nitric oxide (NO) formation, human colon adenocarcinoma cells were transfected with a vector allowing controlled expression of inducible nitric oxide synthase (iNOS). Protein levels of oxidative stress-sensitive heme oxygenase-1 (HO-1) were analyzed in the presence or absence of GSH depletion using L-buthionine-[S,R]-sulfoximine and iNOS induction. While no effect was observed in the presence of iNOS activity alone, a synergistic effect on HO-1 expression was observed in the presence of iNOS expression and GSH depletion. This effect was prevented by addition of N-methyl-L-arginine. Therefore, targeting of endogenous NO may be modulated by intracellular GSH.

Longitudinal monitoring of endogenous steroids in human serum by UHPLC-MS/MS as a tool to detect testosterone abuse in sports.

The detection of testosterone abuse in sports is routinely achieved through the 'steroidal module' of the Athlete Biological Passport by GC-MS(/MS) quantification of selected endogenous anabolic androgenic steroids (EAAS) from athletes' urines. To overcome some limitations of the "urinary steroid profile" such as the presence of confounding factors (ethnicity, enzyme polymorphism, bacterial contamination, and ethanol), ultrahigh performance liquid chromatography (UHPLC) measurements of blood concentrations of testosterone, its major metabolites, and precursors could represent an interesting and complementary strategy. In this work, two UHPLC-MS/MS methods were developed for the quantification of testosterone and related compounds in human serum, including major progestogens, corticoids, and estrogens. The validated methods were then used for the analyses of serum samples collected from 19 healthy male volunteers after oral and transdermal testosterone administration. Results from unsupervised multiway analysis allowed variations of target analytes to be assessed simultaneously over a 96-h time period. Except for alteration of concentration values due to the circadian rhythm, which concerns mainly corticosteroids, DHEA, and progesterone, significant variations linked to the oral and transdermal testosterone administration were observed for testosterone, DHT, and androstenedione. As a second step of analysis, the longitudinal monitoring of these biomarkers using intra-individual thresholds showed, in comparison to urine, significant improvements in the detection of testosterone administration, especially for volunteers with del/del genotype for phase II UGT2B17 enzyme, not sensitive to the main urinary marker, T/E ratio. A substantial extension of the detection window after transdermal testosterone administration was also observed in serum matrix. The longitudinal follow-up proposed in this study represents a first example of 'blood steroid profile' in doping control analysis, which can be proposed in the future as a complement to the 'urinary module' for improving steroid abuse detection capabilities.

The risk factors for fractures and trabecular bone-score value in patients with endogenous Cushing's syndrome.

In a cohort study of 182 consecutive patients with active endogenous Cushing's syndrome, the only predictor of fracture occurrence after adjustment for age, gender bone mineral density (BMD) and trabecular bone score (TBS) was 24-h urinary free cortisol (24hUFC) levels with a threshold of 1472 nmol/24 h (odds ratio, 3.00 (95 % confidence interval (CI), 1.52-5.92); p = 0.002). INTRODUCTION: The aim was to estimate the risk factors for fracture in subjects with endogenous Cushing's syndrome (CS) and to evaluate the value of the TBS in these patients. METHODS: All enrolled patients with CS (n = 182) were interviewed in relation to low-traumatic fractures and underwent lateral X-ray imaging from T4 to L5. BMD measurements were performed using a DXA Prodigy device (GEHC Lunar, Madison, Wisconsin, USA). The TBS was derived retrospectively from existing BMD scans, blinded to clinical outcome, using TBS iNsight software v2.1 (Medimaps, Merignac, France). Urinary free cortisol (24hUFC) was measured by immunochemiluminescence assay (reference range, 60-413 nmol/24 h). RESULTS: Among enrolled patients with CS (149 females; 33 males; mean age, 37.8 years (95 % confidence interval, 34.2-39.1); 24hUFC, 2370 nmol/24 h (2087-2632), fractures were confirmed in 81 (44.5 %) patients, with 70 suffering from vertebral fractures, which were multiple in 53 cases; 24 patients reported non-vertebral fractures. The mean spine TBS was 1.207 (1.187-1.228), and TBS Z-score was -1.86 (-2.07 to -1.65); area under the curve (AUC) was used to predict fracture (mean spine TBS) = 0.548 (95 % CI, 0.454-0.641)). In the final regression model, the only predictor of fracture occurrence was 24hUFC levels (p = 0.001), with an increase of 1.041 (95 % CI, 1.019-1.063), calculated for every 100 nmol/24-h cortisol elevation (AUC (24hUFC) = 0.705 (95 % CI, 0.629-0.782)). CONCLUSIONS: Young patients with CS have a low TBS. However, the only predictor of low traumatic fracture is the severity of the disease itself, indicated by high 24hUFC levels.