Identification of SPLUNC1's ENaC-inhibitory domain yields novel strategies to treat sodium hyperabsorption in cystic fibrosis airways.

The epithelial sodium channel (ENaC) is responsible for Na+ and fluid absorption across colon, kidney, and airway epithelia. We have previously identified SPLUNC1 as an autocrine inhibitor of ENaC. We have now located the ENaC inhibitory domain of SPLUNC1 to SPLUNC1's N terminus, and a peptide corresponding to this domain, G22-A39, inhibited ENaC activity to a similar degree as full-length SPLUNC1 (∼2.5 fold). However, G22-A39 had no effect on the structurally related acid-sensing ion channels, indicating specificity for ENaC. G22-A39 preferentially bound to the β-ENaC subunit in a glycosylation-dependent manner. ENaC hyperactivity is contributory to cystic fibrosis (CF) lung disease. Addition of G22-A39 to CF human bronchial epithelial cultures (HBECs) resulted in an increase in airway surface liquid height from 4.2±0.6 to 7.9±0.6 μm, comparable to heights seen in normal HBECs, even in the presence of neutrophil elastase. Our data also indicate that the ENaC inhibitory domain of SPLUNC1 may be cleaved away from the main molecule by neutrophil elastase, which suggests that it may still be active during inflammation or neutrophilia. Furthermore, the robust inhibition of ENaC by the G22-A39 peptide suggests that this peptide may be suitable for treating CF lung disease.

Hemodynamic effects of sodium bicarbonate in critically ill neonates.

OBJECTIVE: To analyze the cardiovascular effects of sodium bicarbonate in neonates with metabolic acidosis. DESIGN: Prospective, open, non-randomized, before-after intervention study with hemodynamic measurements performed before and 1, 5, 10, 20, and 30 min after bicarbonate administration. SETTING: Neonatal intensive care unit, tertiary care center. PATIENTS: Sequential sample of 16 paralysed and mechanically ventilated newborn infants with a metabolic acidosis (pH < 7.25 in premature and < 7.30 in term infants, base deficit > -8). INTERVENTION: An 8.4% sodium bicarbonate solution diluted 1:1 with water (final osmolality of 1000 mOsm/l) was administered in two equal portions at a rate of 0.5 mmol/min. The dose in mmol was calculated using the formula "base deficit x body weight (kg) x 1/3 x 1/2". MEASUREMENTS AND RESULTS: Sodium bicarbonate induced a significant but transient rise in pulsed Doppler cardiac output (CO) (+27.7%), aortic blood flow velocity (+15.3%), systolic blood pressure (BP) (+9.3%), (+14.6%), transcutaneous carbon dioxide pressure (PtcCO2) (+11.8%), and transcutaneous oxygen pressure (PtcO2) (+8%). In spite of the PaCO2 elevation, pH significantly improved (from a mean of 7.24 to 7.30), and the base deficit decreased (-39.3%). Calculated systemic vascular resistance (SVR) (-10.7%) and diastolic BP (-11.7%) decreased significantly, while PaO2 and heart rate (HR) did not change. Central venous pressure (CVP) (+6.5%) increased only slightly. By 30 min after bicarbonate administration all hemodynamic parameters, with the exception of the diastolic BP, had returned to baseline. CONCLUSION: Sodium bicarbonate in neonates with metabolic acidosis induces an increase in contractility and a reduction in afterload.

Regulation by aldosterone of Na+,K+-ATPase mRNAs, protein synthesis, and sodium transport in cultured kidney cells.

Transepithelial Na+ reabsorption across tight epithelia is regulated by aldosterone. Mineralocorticoids modulate the expression of a number of proteins. Na+,K+-ATPase has been identified as an aldosterone-induced protein (Geering, K., M. Girardet, C. Bron, J. P. Kraehenbuhl, and B. C. Rossier, 1982, J. Biol. Chem., 257:10338-10343). Using A6 cells (kidney of Xenopus laevis) grown on filters we demonstrated by Northern blot analysis that the induction of Na+,K+-ATPase was mainly mediated by a two- to fourfold accumulation of both alpha- and beta-subunit mRNAs. The specific competitor spironolactone decreased basal Na+ transport, Na+,K+-ATPase mRNA, and the relative rate of protein biosynthesis, and it blocked the response to aldosterone. Cycloheximide inhibited the aldosterone-dependent sodium transport but did not significantly affect the cytoplasmic accumulation of Na+,K+-ATPase mRNA induced by aldosterone.

Proximal sodium reabsorption: An independent determinant of blood pressure response to salt.

The purpose of this study was to evaluate the contribution of renal sodium handling by the proximal tubule as an independent determinant of blood pressure responsiveness to salt in hypertension. We measured blood pressure (BP), renal hemodynamics, and segmental renal sodium handling (with lithium used as a marker of proximal sodium reabsorption) in 38 hypertensive patients and 27 normotensive subjects (15 young and 12 age-matched) on a high and low sodium diet. In control subjects, changing the diet from a low to a high sodium content resulted in no change in BP and increases in glomerular filtration rate (P<0.05), renal plasma flow (P<0.05), and fractional excretion of lithium (FE(Li), P<0.01). In hypertensive patients, comparable variations of sodium intake induced an increase in BP with no change in renal hemodynamics and proximal sodium reabsorption. When analyzed by tertiles of their BP response to salt, salt-insensitive hypertensive patients of the first tertile disclosed a pattern of adaptation of proximal sodium reabsorption comparable to that of control subjects, whereas the most salt-sensitive patients of the third tertile had an inverse pattern with a high FE(Li) on low salt and a lower FE(Li) on high salt, suggesting an inappropriate modulation of proximal sodium reabsorption. The BP response to salt correlated positively with age (r=0.34, P=0.036) and negatively with the changes in FE(Li) (r=-0.37, P=0.029). In a multivariate analysis, the changes in FE(Li) were significantly and independently associated with the salt-induced changes in BP. These results suggest that proximal sodium reabsorption is an independent determinant of the BP response to salt in hypertension.

Members of the PHO1 gene family show limited functional redundancy in phosphate transfer to the shoot, and are regulated by phosphate deficiency via distinct pathways.

The PHO1 family comprises 11 members in Arabidopsis thaliana. In order to decipher the role of these genes in inorganic phosphate (Pi) transport and homeostasis, complementation of the pho1 mutant, deficient in loading Pi to the root xylem, was determined by the expression of the PHO1 homologous genes under the control of the PHO1 promoter. Only PHO1 and the homologue PHO1;H1 could complement pho1. The PHO1;H1 promoter was active in the vascular cylinder of roots and shoots. Expression of PHO1;H1 was very low in Pi-sufficient plants, but was strongly induced under Pi-deficient conditions. T-DNA knock-out mutants of PHO1;H1 neither showed growth defects nor alteration in Pi transport dynamics, or Pi content, compared with wild type. However, the double mutant pho1/pho1;h1 showed a strong reduction in growth and in the capacity to transfer Pi from the root to the shoot compared with pho1. Grafting experiments revealed that phenotypes associated with the pho1 and pho1/pho1;h1 mutants were linked to the lack of gene expression in the root. The increased expression of PHO1;H1 under Pi deficiency was largely controlled by the transcription factor PHR1 and was suppressed by the phosphate analogue phosphite, whereas the increase of PHO1 expression was independent of PHR1 and was not influenced by phosphite. Together, these data reveal that although transfer of Pi to the root xylem vessel is primarily mediated by PHO1, the homologue PHO1;H1 also contributes to Pi loading to the xylem, and that the two corresponding genes are regulated by Pi deficiency by distinct signal transduction pathways.

Microtubule-associated protein 1B binds glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase.

Microtubule-associated protein 1B, MAP1B, is a major cytoskeletal protein during brain development and one of the largest brain MAPs associated with microtubules and microfilaments. Here, we identified several proteins that bind to MAP1B via immunoprecipitation with a MAP1B-specific antibody, by one and two-dimensional gel electrophoresis and subsequent mass spectrometry identification of precipitated proteins. In addition to tubulin and actin, a variety of proteins were identified. Among these proteins were glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH), heat shock protein 8, dihydropyrimidinase related proteins 2 and 3, protein-L-isoaspartate O-methyltransferase, beta-spectrin, and clathrin protein MKIAA0034, linking either directly or indirectly to MAP1B. In particular, GAPDH, a key glycolytic enzyme, was bound in large quantity to the heavy chain of MAP1B in adult brain tissue. In vitro binding studies confirmed a direct binding of GAPDH to MAP1B. In PC12 cells, GAPDH was found in cytoplasm and nuclei and partially co-localized with MAP1B. It disappeared from the cytoplasm under oxidative stress or after a disruption of cytoskeletal elements after colcemid or cytochalasin exposure. GAPDH may be essential in the local energy provision of cytoskeletal structures and MAP1B may help to keep this key enzyme close to the cytoskeleton.

Calcium phosphate transfection generates mammalian recombinant cell lines with higher specific productivity than polyfection.

Transfection with polyethylenimine (PEI) was evaluated as a method for the generation of recombinant Chinese hamster ovary (CHO DG44) cell lines by direct comparison with calcium phosphate-DNA coprecipitation (CaPO4) using both green fluorescent protein (GFP) and a monoclonal antibody as reporter proteins. Following transfection with a GFP expression vector, the proportion of GFP-positive cells as determined by flow cytometry was fourfold higher for the PEI transfection as compared to the CaPO4 transfection. However, the mean level of transient GFP expression for the cells with the highest level of fluorescence was twofold greater for the CaPO4 transfection. Fluorescence in situ hybridization on metaphase chromosomes from pools of cells grown under selective pressure demonstrated that plasmid integration always occurred at a single site regardless of the transfection method. Importantly, the copy number of integrated plasmids was measurably higher in cells transfected with CaPO4. The efficiency of recombinant cell line recovery under selective pressure was fivefold higher following PEI transfection, but the average specific productivity of a recombinant antibody was about twofold higher for the CaPO4-derived cell lines. Nevertheless, no difference between the two transfection methods was observed in terms of the stability of protein production. These results demonstrated the feasibility of generating recombinant CHO-derived cell lines by PEI transfection. However, this method appeared inferior to CaPO4 transfection with regard to the specific productivity of the recovered cell lines.

Role of the epithelial sodium channel (ENaC) and its regulator CAP1/Prss8 in colon

Dans les cellules épithéliales sensibles à l'aldostérone, le canal sodique épithélial (ENaC) joue un rôle critique dans le contrôle de l'équilibre sodique, le volume sanguin, et la pression sanguine. Le rôle d'ENaC est bien caractérisé dans le rein et les poumons, cependant le rôle d'ENaC et son régulateur positif la protéase activatrice de canal 1 (CAP1 /Prss8) sur le transport sodique dans le côlon reste en grande partie inconnu. Nous avons étudié l'importance d'ENaC et de CAPMPrss8 dans le côlon. Les souris déficientes pour la sous- unité aENaC (souris ScnnlaKO) dans les cellules superficielles intestinales étaient viables et ne montraient pas de létalité embryonnaire ou postnatale. Sous diète normale (RS) ou pauvre en sodium (LS), la différence de potentiel rectale sensible à l'amiloride (APDamii) était drastiquement diminuée et son rythme circadien atténué. Sous diète normale (RS) ou diète riche en sodium (HS) ou fort chargement de potassium, le sodium et le potassium plasmatique et urinaire n'étaient pas significativement changé. Cependant, sous LS, les souris Senni aK0 perdaient des quantités significativement augmentées de sodium dans leurs fèces, accompagnées par de très hauts taux d'aldostérone plasmatique et une rétention urinaire en sodium augmentée. Les souris déficientes en CAPl/PmS (Prss8K0) dans les cellules superficielles intestinales étaient viables et ne montraient pas de létalité embryonnaire ou postnatale. Sous diètes RS et HS cependant, les souris Prss8KO montraient une diminution significative du APDamil dans l'après-midi, mais le rythme circadien était maintenu. Sous diète LS, la perte de sodium par les fèces était accompagnée par des niveaux d'aldostérone plasmatiques plus élevés. Par conséquent, nous avons identifié la protéase activatrice de canal CAP 1 IPrss8 comme un régulateur important d'ENaC dans le côlon in vivo. De plus, nous étudions l'importance d'ENaC et de CAPIIPrss8 dans les conditions pathologiques comme les maladies inflammatoires chroniques de l'intestin (MICI). Le résultat préliminaire out montre qu'une déficience d'Prss8 mènait à la détérioration de la colite induite par le DSS comparé aux modèles contrôles respectifs. En résumé, l'étude a montré que sous restriction de sel, l'absence d'ENaC dans Pépithélium de surface du côlon était compensée par 1'activation du système rénine-angiotensine- aldostérone (RAAS) dans le rein. Ceci a mené à un pseudohypoaldostéronisme de type I spécifique au côlon avec résistance aux minéralocorticoïdes sans signe d'altération de rétention de potassium. - In aldosterone-responsive epithelial cells of kidney and colon, the epithelial sodium channel (ENaC) plays a critical role in the control of sodium balance, blood volume, and blood pressure. The role of ENaC is well characterized in kidney and lung, whereas role of ENaC and its positive regulator channel-activating protease 1 (CAPl/PrasS) on sodium transport in colon is largely unknown. We have investigated the importance of ENaC and CAPI/Prss8 in colon for sodium and potassium balance. Mice lacking the aENaC subunit (Scnnla mice) in intestinal superficial cells were viable and did not show any fetal or perinatal lethality. Under regular (RS) or low salt (LS) diet, the amiloride sensitive rectal potential difference (APDamii) was drastically decreased and its circadian rhythm blunted. Under regular salt (RS) or high salt (HS) diets or under potassium loading, plasma and urinary sodium and potassium were not significantly changed. However, upon LS, the ScnnlaK0 mice lost significant amounts of sodium in their feces, accompanied by very high plasma aldosterone and increased urinary sodium retention. Mice lacking the CAPl/PrasS (Prss8K0) in intestinal superficial cells were viable and did not show any fetal or perinatal lethality. Upon RS and HS diets, however, Prss8K0 exhibited a significantly reduced APDamii in the afternoon, but its circadian rhythm was maintained. Upon LS diet, sodium loss through feces was accompanied by higher plasma aldosterone levels. Thus, we have identified the channel-activating protease CAPl/Prss8 as an important in vivo regulator of ENaC in colon. Furthermore, we are investigating the importance of ENaC and CAPI/Prss8 in pathological conditions like inflammatory bowel disease (IBD). Preliminary data showed that PmS-deficiency led to worsening of DSS-induced colitis as compared to their respective controls. Overall, the present study has shown that under salt restriction, the absence of ENaC in colonic surface epithelium was compensated by the activation of renin-angiotensin- aldosterone (RAAS) system in the kidney. This led to a colon specific pseudohypoaldosteroni sm type 1 with mineralocorticoid resistance without evidence of impaired potassium retention.

A comparative study between crosslinked sodium hyaluronate (healaflow glaucoma implant) and high molecular weight sodium hyaluronate (healon 5) as subconjunctival spacers injected into failed filtration blebs during needling with MMC

Purpose: To compare the efficacy and safety of a slowly resorbable glaucoma implant, Healaflow (HF) and Healon 5 (H5) as spacers injected into failing filtration blebs at the time of bleb needlings, augmented with MMC Methods: Eighty-four glaucoma patients with filtration bleb failure following glaucoma surgery (deep sclerectomy/ trabeculectomy) underwent bleb needling using either HF (n=44) or H5 (n=40) as an intrableb viscoelastic spacer. All needlings were augmented by MMC and performed in the operating room, by a single surgeon. The choice between HF and H5 was randomised. Postoperative data for IOP, number of glaucoma medications (GMs), antimetabolite injections (AMIs), bleb morphology and all complications were recorded at day 1 (D1), weeks 1 (W1), 4 (W4), month 6 (M6) and last visit. Success was defined as IOP≤21mmHg and 20% reduction in IOP from baseline Results: Age was comparable between groups (HF vs H5; 66 vs 72 years; p=0.13*). There were no differences in mean postoperative IOP or GMs at any time point between groups (mean IOP = HF vs H5; prior to needling=19.8mmHg vs 18.7mmHg, p=0.48*; D1=10.4mmHg vs 10.2mmHg, p=0.85*; W1=12.3mmHg vs 13.8mmHg, p=0.33*; W4=15.7mmHg vs 15.1mmHg, p=0.69*; M6=14.3mmHg vs 13.8mmHg, p=0.69*. Mean GMs= HF vs H5; prior to needling=1.7 vs 1.7, p=0.96*; M6=0.9 vs 1.1, p=0.66*). Success rates were comparable between HF and H5 groups (74% vs 71%). Requirements for AMIs were similar between groups; post filtration surgery and prior to needling (mean AMIs 1.54 vs 1.65 p=0.82*) and within the first six months following needling ( 0.77 vs 0.65 p=0.70*). Complication rates were infrequent in both groups (9%, HF; 3%, H5) * two-sample t-test Conclusions: The early to mid-term success rates of needlings using intrableb spacers were high. However there were no differences observed between the use of crosslinked and high molecular weight sodium hyaluronate

Role of the epithelial sodium channel (ENaC) in the epidermal barrier function of the skin

Abstract In humans, the skin is the largest organ of the body, covering up to 2m2 and weighing up to 4kg in an average adult. Its function is to preserve the body from external insults and also to retain water inside. This barrier function termed epidermal permeability barrier (EPB) is localized in the functional part of the skin: the epidermis. For this, evolution has built a complex structure of cells and lipids sealing the surface, the stratum corneum. The formation of this structure is finely tuned since it is not only formed once at birth, but renewed all life long. This active process gives a high plasticity and reactivity to skin, but also leads to various pathologies. ENaC is a sodium channel extensively studied in organs like kidney and lung due to its importance in regulating sodium homeostasis and fluid volume. It is composed of three subunits α, ß and r which are forming sodium selective channel through the cell membrane. Its presence in the skin has been demonstrated, but little is known about its physiological role. Previous work has shown that αENaC knockout mice displayed an abnormal epidermis, suggesting a role in differentiation processes that might be implicated in the EPB. The principal aim of this thesis has been to study the consequences for EPB function in mice deficient for αENaC by molecular and physiological means and to investigate the underlying molecular mechanisms. Here, the barrier function of αENaC knockout pups is impaired. Apparently not immediately after birth (permeability test) but 24h later, when evident water loss differences appeared compared to wildtypes. Neither the structural proteins of the epithelium nor the tights junctions showed any obvious alterations. In contrary, stratum corneum lipid disorders are most likely responsible for the barrier defect, accompanied by an impairment of skin surface acidification. To analyze in details this EPB defect, several hypotheses have been proposed: reduced sensibility to calcium which is the key activator far epidermal formation, or modification of ENaC-mediated ion fluxes/currents inside the epidermis. The cellular localization of ENaC and the action in the skin of CAPl, a positive regulator of ENaC, have been also studied in details. In summary, this study clearly demonstrates that ENaC is a key player in the EPB maintenance, because αENaC knockout pups are not able to adapt to the new environment (ex utero) as efficiently as the wildtypes, most likely due to impaired of sodium handling inside the epidermis. Résumé Chez l'homme, la peau est le plus grand organe, couvrant presque 2m2 et pesant près de 4kg chez l'adulte. Sa fonction principale est de protéger l'organisme des agressions extérieures mais également de conserver l'eau à l'intérieur du corps. Cette fonction nommée barrière épithéliale est localisée dans la partie fonctionnelle de la peau : l'épiderme. A cette fin, l'évolution s'est dotée d'une structure complexe composée de cellules et de lipides recouvrant la surface, la couche cornée. Sa formation est finement régulée, car elle n'est pas seulement produite à la naissance mais constamment renouvelée tout au long de la vie, ce qui lui confère une grande plasticité mais ce qui est également la cause de nombreuses pathologies. ENaC est un canal sodique très étudié dans le rein et le poumon pour son importance dans la régulation de l'homéostasie sodique et la régulation du volume du milieu intérieur. Il est composé de 3 sous unités, α, ß et y qui forment un pore sélectif pour le sodium dans les membranes. Ce canal est présent dans la peau mais sa fonction n'y est pas connue. Des travaux précédents ont pu montrer que les souris dont le gène codant pour αENaC a été invalidé présentent un épiderme pathologique, suggérant un rôle dans la différentiation et pourrait même être impliqué dans la barrière épithéliale. Le but de cette thèse fut l'étude de la barrière dans ces souris knockouts avec des méthodes moléculaires et physiologiques et la caractérisation des mécanismes moléculaire impliqués. Dans ce travail, il a été montré que les souris mutantes présentaient un défaut de la barrière. Ce défaut n'est pas visible immédiatement à la naissance (test de perméabilité), mais 24h plus tard, lorsque les tests de perte d'eau transépithéliale montrent une différence évidente avec les animaux contrôles. Ni les protéines de structures ni les jonctions serrées de l'épiderme ne présentaient d'imperfections majeures. A l'inverse, les lipides de la couche cornée présentaient un problème de maturation (expliquant le phénotype de la barrière), certainement consécutif au défaut d'acidification à la surface de la peau que nous avons observé. D'autres mécanismes ont été explorées afin d'investiguer cette anomalie de la barrière, comme la réduction de sensibilité au calcium qui est le principal activateur de la formation de l'épiderme, ou la modification des flux d'ions entre les couches de l'épiderme. La localisation cellulaire d'ENaC, et l'action de son activateur CAPl ont également été étudiés en détails. En résumé, cette étude démontre clairement qu'ENaC est un acteur important dans la formation de la barrière épithéliale, car la peau des knockouts ne s'adapte pas aussi bien que celle des sauvages au nouvel environnement ex utero à cause de la fonction d'ENaC dans les mouvements de sodium au sein même de l'épiderme. Résumé tout public Chez l'homme, la peau est le plus grand organe, couvrant presque 2m2 et pesant près de 4kg chez l'adulte. Sa fonction principale est de protéger l'organisme des agressions extérieures mais également de conserver l'eau à l'intérieur du corps. Cette fonction nommée barrière épithéliale est localisée dans la partie fonctionnelle de la peau : l'épiderme. A cette fin, l'évolution s'est dotée d'une structure complexe composée de cellules et de lipides recouvrant la surface, la couche cornée. Sa formation est finement régulée, car elle n'est pas seulement produite à la naissance mais constamment renouvelée tout au long de la vie, ce qui lui confère une grande plasticité mais ce qui est également la cause de nombreuses maladies. ENaC est une protéine formant un canal qui permet le passage sélectif de l'ion sodium à travers la paroi des cellules. Il est très étudié dans le rein pour son importance dans la récupération du sel lors de la concentration de l'urine. Ce canal est présent dans la peau mais sa fonction n'y est pas connue. Des travaux précédents ont pu montrer que les souris où le gène codant pour αENaC a été invalidé présentent un épiderme pathologique, suggérant un rôle dans la peau et plus particulièrement la fonction de barrière de l'épiderme. Le but de cette thèse fut l'étude de la fonction de barrière dans ces souris mutantes, au niveau tissulaire et cellulaire. Dans ce travail, il a été montré que les souris mutantes présentaient une peau plus perméable que celle des animaux contrôles, grâce à une machine mesurant la perte d'eau à travers la peau. Ce défaut n'est visible que 24h après la naissance, mais nous avons pu montrer que les animaux mutants perdaient quasiment 2 fois plus d'eau que les contrôles. Au niveau moléculaire, nous avons pu montrer que ce défaut provenait d'un problème de maturation des lipides qui composent la barrière de la peau. Cette maturation est incomplète vraisemblablement à cause d'un défaut de mouvement des ions dans les couches les plus superficielles de l'épiderme, et cela à cause de l'absence du canal ENaC. En résumé, cette étude démontre clairement qu'ENaC est un acteur important dans la formation de la barrière épithéliale, car la peau des mutants ne s'adapte pas aussi bien que celle des sauvages au nouvel environnement ex utero à cause de la fonction d'ENaC dans les mouvements de sodium au sein même de l'épiderme.

Scnn1 sodium channel gene family in genetically engineered mice.

The amiloride-sensitive epithelial sodium channel is the limiting step in salt absorption. In mice, this channel is composed of three subunits (alpha, beta, and gamma), which are encoded by different genes (Scnn1a, Scnn1b, and Scnn1c, respectively). The functions of these genes were recently investigated in transgenic (knockout) experiments, and the absence of any subunit led to perinatal lethality. More defined phenotypes have been obtained by introducing specific mutations or using transgenic rescue experiments. In this report, these approaches are summarized and a current gene-targeting strategy to obtain conditional inactivation of the channel is illustrated. This latter approach will be indispensable for the investigation of channel function in a wide variety of organ systems.

Defining molecular components of symbiotic phosphate uptake in rice

Phosphate (Pi) acquisition of crops via arbuscular mycorrhizal (AM) symbiosis acquires increasing importance due to the limited rock Pi reserves and the demand for environmentally sustainable agriculture. However, the symbiotic Pi uptake machinery has not been characterized in any monocotyledonous plant species. Among these, rice is the primary staple food for more than half of the human population and thus central for future food security. However, the relevance of the AM symbiosis for rice Pi nutrition is presently unclear. Here, we show that 70% of the overall Pi acquired by rice is delivered via the symbiotic route. To better understand this pathway we combined genetic, molecular and physiological approaches to determine the specific functions of the two rice Pi transporters, PT11 and PT13, which are expressed only during AM symbiosis. The PT11 lineage of proteins is present in mono- and dicotyledons whereas PT13, while found across the Poaceae, is absent from dicotyledons. Surprisingly, mutations in either PT11 or PT13 affected fungal colonization and arbuscule formation demonstrating that both genes are essential for AM symbiosis between rice and Glomus intra.rad.ices. Importantly, for symbiotic Pi uptake, only PT11 is necessary and sufficient. We found that mycorrhizal rice, remarkably, received almost all Pi via the symbiotic route. Such dominating mycorrhizal Pi uptake was found in plants grown under controlled conditions as well as in field soils, suggesting that the AM symbiosis is relevant for the Pi nutrition of field grown rice. Development of smaller arbuscules in PT11 mutants suggested that symbiotic Pi signaling is required for fungal nourishment by the plant. However, co-culture of mutant with wild type nurse plants did not restore normal arbuscule size in mutant roots, indicating that other factors than malnutrition accounted for the altered arbuscule phenotype. Surprisingly, the loss of PT13 did not affect symbiotic Pi uptake although it impacted arbuscule morphology, suggesting that PT13 is involved in signaling during arbuscule development. However, induction of PT13 was not only monitored in arbusculated cells but also in inner cortex cells of non-inoculated roots of plants grown under high Pi fertilization conditions. According to preliminary observations, PT13 localized at the tonoplast in arbusculated and non-arbusculated cells, suggesting that it might be involved in transporting Pi into the vacuole, possibly for maintaining cellular Pi homeostasis. The further investigation showed that fungal colonization level was significantly affected in the crown roots of two ptlS mutant alleles, but not in large lateral roots, implying the possible role of PT13 for maintaining Pi homeostasis in the crown roots. - L'acquisition de phosphate (Pi) par les plantes cultivées s'effectue grâce à une symbiose mycorhizienne arbasculaire (AM). L'étude de cette symbiose devient fondamentale puisque d'une part, les réserves en phosphate minéral sont limitées, et, d'autre part, la demande pour une agriculture écologiquement soutenable se renforce. La machinerie d'absorption symbiotique du phosphate n'est cependant pas encore élucidée chez les plantes monocotylédones. Parmi celles-ci, le riz occupe une place primordiale. Aliment de base pour plus de la moitié de la population mondiale, il revêt de ce fait une dimension essentielle en termes de sécurité alimentaire. Pourtant, l'importance de la symbiose AM chez le riz dans le processus d'acquisition du phosphate n'est, encore de nos jours, que peu comprise. Dans cette étude, nous montrons que 70% du phosphate acquis par le riz est mis à disposition de la plante grâce à la symbiose AM. Afin de mieux comprendre ce mécanisme, nous avons employé des approches physiologiques et génétiques nous permettant de déterminer les fonctions spécifiques de deux transporteurs de Pi, PT11 et PT13, présents chez le riz et exprimés uniquement durant la symbiose AM. La famille de gènes à laquelle appartient PT11 est présente chez les monocotylédones ainsi que chez les dicotylédones tandis que PT13, bien que retrouvé au sein des Poaceae, est absent chez les dicotylédones. Etonnamment, des versions mutées de PT11 ou de PT13 affectent la colonisation par le champignon endo-mycorhizien ainsi que la formation d'arbuscules, démontrant l'importance de ces deux gènes dans la symbiose AM entre le riz et Glomus intraradices. Il est à noter que seul PT11 se révèle nécessaire et suffisant pour l'apport de Pi grâce à la symbiose. Nous avons observé que la presque totalité du phosphate dont dispose le riz lors d'une symbiose AM provient du champignon. De telles proportions ont été observées tant chez des plantes cultivées en conditions contrôlées que chez des plantes cultivées dans les champs. Cela suggère l'importance de la symbiose AM dans le processus d'acquisition du Pi chez le riz cultivé à l'extérieur. Le développement d'arbuscules plus petits chez le mutant PT11 tend à montrer qu'une voie signalétique impliquant le Pi symbiotique est nécessaire pour l'entretien du champignon par la plante. Toutefois, une co-culture du mutant avec des plantes sauvages ne permet pas de restaurer des arbuscules de taille normale dans les racines du mutant. Ce résultat indique le rôle de facteurs autres que la malnutrition aboutissant à la formation d'arbuscules altérés. Si la perte de PT13 n'affecte pas l'acquisition de phosphate symbiotique, la morphologie de l'arbuscule est, quant à elle, modifiée. Ceci suggère un rôle de PT13 durant le développement de l'arbuscule. Or, l'induction de PT13 est non seulement détectée dans des cellules contenant des arbuscules mais également dans des cellules du cortex, ceci chez des plantes cultivées sans champignon mais dans des conditions de fortes concentrations en engrais phosphaté. En accord avec des observations précédentes, PT13 est localisé au niveau du tonoplaste des cellules contenant ou non des arbuscules. Ceci suggère que PT13 pourrait être impliqué dans le transport du Pi vers la vacuole, éventuellement pour maintenir une certaine homéostasie du phosphate. Dans cette étude, nous démontrons également que le niveau de colonisation par le champignon est affecté de manière significative dans les racines principales des deux allèles du mutants ptl3, mais pas dans les grosses racines latérales. Cela impliquerait un rôle possible de PT13 dans le maintien de l'homéostasie du phosphate dans les racines principales. RESUME POUR UN LARGE PUBLIC Le phosphate (Pi), l'un des éléments minéraux essentiel au développement des plantes, se trouve généralement en faible quantité dans le sol, limitant ainsi la croissance des plantes. Le rendement de la production agricole dépend dès lors de l'addition d'engrais contenant du phosphate inorganique (Pi), obtenu à partir de ressources minières riches en phosphate. Or, ces ressources devraient être épuisées d'ici la fin du siècle. Les racines des plantes possèdent des transporteurs de phosphate efficaces leur permettant d'acquérir rapidement le Pi présent dans le sol. Comme le Pi s'avère immobile dans le sol, l'absorption rapide par les racines crée des zones pauvres en Pi autour des systèmes racinaires. Pour surmonter cet obstacle, les plantes ont développé une symbiose avec des champignons endomycorhiziens, la symbiose mycorhizienne arbusculaire (AM). Cette association leur donne accès à d'autres ressources en phosphate puisque le mycélium de ces champignons se développe sur une surface 100 fois supérieure à celle des racines. Cela augmente considérablement la surface de nutrition, dépassant ainsi la zone appauvrie en Pi. Le phosphate, transporté grâce au champignon jusqu'à l'intérieur des racines, est fourni à la plante par le biais de structures établies à l'intérieur des cellules végétales, appelées arbuscules. De leur côté, les plantes possèdent des transporteurs spécifiques afin de recevoir le Pi fourni par les champignons. A l'heure actuelle, la machinerie nécessaire à cette absorption a été uniquement décrite chez des plantes dicotylédones. Or, comprendre l'apport de phosphate par les champignons mycorhiziens s'avère particulièrement pertinent dans le cas des espèces monocotylédones cultivées telles que les céréales. Ces dernières constituent en effet la majeure partie de l'alimentation humaine. Parmi les céréales, le riz demeure l'aliment de base de la population mondiale, d'où son importance en terme de sécurité alimentaire. Durant mon travail de thèse, j'ai identifié et caractérisé le transporteur du riz impliqué dans l'apport de phosphate par ce type de symbiose AM. J'ai également démontré que le riz, lorsqu'il vit en symbiose, bénéficie de la presque totalité du Pi transporté par le champignon. Environ 40% de la production globale de riz est cultivée dans des conditions permettant la symbiose avec des mycorhizes arbusculaires. Les variétés de riz adaptées à ces conditions aérobiques deviennent des alternatives favorables aux cultivars actuels nécessitant une forte irrigation. Elles se révèlent en effet plus tolérantes aux pénuries d'eau et permettent l'utilisation de pratiques agricoles moins intensives. Les données présentées dans cette étude enrichissent nos connaissances concernant l'absorption du phosphate chez le riz grâce à la symbiose AM. Ces connaissances peuvent s'avérer décisives pour le développement de cultivars du riz plus adaptés à une agriculture écologiquement soutenable.