GLUTX1, a novel mammalian glucose transporter expressed in the central nervous system and insulin-sensitive tissues.

Based on homology with GLUT1-5, we have isolated a cDNA for a novel glucose transporter, GLUTX1. This cDNA encodes a protein of 478 amino acids that shows between 29 and 32% identity with rat GLUT1-5 and 32-36% identity with plant and bacterial hexose transporters. Unlike GLUT1-5, GLUTX1 has a short extracellular loop between transmembrane domain (TM) 1 and TM2 and a long extracellular loop between TM9 and TM10 that contains the only N-glycosylation site. When expressed in Xenopus oocytes, GLUTX1 showed strong transport activity only after suppression of a dileucine internalization motif present in the amino-terminal region. Transport activity was inhibited by cytochalasin B and partly competed by D-fructose and D-galactose. The Michaelis-Menten constant for glucose was approximately 2 mM. When translated in reticulocytes lysates, GLUTX1 migrates as a 35-kDa protein that becomes glycosylated in the presence of microsomal membranes. Western blot analysis of GLUTX1 transiently expressed in HEK293T cells revealed a diffuse band with a molecular mass of 37-50 kDa that could be converted to a approximately 35-kDa polypeptide following enzymatic deglycosylation. Immunofluorescence microscopy detection of GLUTX1 transfected into HEK293T cells showed an intracellular staining. Mutation of the dileucine internalization motif induced expression of GLUTX1 at the cell surface. GLUTX1 mRNA was detected in testis, hypothalamus, cerebellum, brainstem, hippocampus, and adrenal gland. We hypothesize that, in a similar fashion to GLUT4, in vivo cell surface expression of GLUTX1 may be inducible by a hormonal or other stimulus.

Étude de la fonction de GLUT8 sur un modèle de souris "knock-out"

Résumé GLUT8 est la première des nouvelles isoformes des GLUT récemment identifiés. Il est fortement exprimé dans les testicules et plus faiblement dans les blastocystes, le cerveau, particulièrement au niveau de l'hippocampe, et le coeur. En conditions basales, il est retenu dans un compartiment intracellulaire. Si on l'exprime en surface cellulaire, par la mutation du motif d'internalisation dileucine, il transporte le glucose avec une bonne affinité. Dans le but d'étudier sa fonction au niveau de l'organisme, nous avons créé un modèle de knock out conditionnel, en entourant le dernier exon du gène de GLUT8 par deux sites loxP. En croisant nos souris avec une souche de souris transgénique exprimant la cre-recombinase dans les cellules de la lignée germinale, nous avons généré un modèle de souris portant la délétion totale de GLUT8 de manière constitutionnelle. Les statistiques effectuées sur les premières naissances indiquent qu'une partie des souris knock out ne survit pas, suggérant un rôle de GLUT8 au niveau du développement embryonnaire. Les souris qui ont survécu ne présentent toutefois pas d'anomalies durant la croissance et sont fertiles. Elles ont des taux de glucose et d'insuline sanguins normaux. Au niveau cérébral, la structure de l'hippocampe n'est pas modifiée par la suppression de GLUT8, cependant, les souris GLUT8-/- présentent une prolifération cellulaire augmentée dans le gyrus denté. Cette augmentation de division cellulaire pourrait être la réponse adaptée à une éventuelle augmentation de la mort cellulaire au niveau de l'hippocampe. Elles ne semblent toutefois pas présenter de défauts cognitifs majeurs dans le bassin de Morris en conditions normales. Toutefois, en conditions de jeûne, elles tendent à une meilleure mémorisation à court terme. Les études morphologiques et histologiques au niveau cardiaque n'ont pas révélé de d'hypertrophie au niveau ventriculaire. La stimulation de la contraction à l'isoprotérénol n'a pas mis en évidence de défaut d'adaptation des coeurs GLUT8-/-. Cependant l'analyse fonctionnelle par électrocardiogramme, en conditions basales, a montré une augmentation de la durée de l'onde P, suggérant un défaut dans la dépolarisation des oreillettes. Nos résultats indiquent que GLUT8 ne joue pas un rôle prédominant dans la survie et la fonction basale des souris. Il pourrait jouer un rôle plus important dans des situations stressantes pour l'organisme, comme l'hypoglycémie ou les conditions d'ischémie qui induiraient son expression à la membrane plasmique et stimuleraient le captage du glucose. Abstract GLUT8 was the first of the recently identified isoform of the GLUT family proteins. It is strongly expressed in the testis. It is also found at a lower level in the blastocyst, in heart and in the brain. Under basal conditions, it is retained in the intracellular compartment, but when the internalization motif dileucine is mutated, GLUT8 translocates to the plasma membrane and transports glucose with a relatively high affinity. To study its function in vivo, we created a conditional knock out mouse model. To do so, we targeted the last exon of the GLUT8 gene with two loxP sites. We then crossed these mice with a transgenic model expressing the cre-recombinase in the gem' line to generate a constitutional total knock out mouse. The statistics made on the first breedings showed that some of the knock out mice do not survive, suggesting a role of GLUT8 in the embryonic development. Conversely mice who survive do not show developmental defects and they are fertile with normal glucose and insulin blood levels. In the brain, the general structure of the hippocampus is not modified by the deletion of GLUT8. However, GLUT8-/- mice show an increase in the cell proliferation in the dentate gyms. This cell proliferation could be due to an increase in the cell death in the hippocampus. When tested in the morris water maze, these mice do not show any cognitive defects in the basal conditions, but they have a tendency to learn better in fasted conditions. The morphological and histological studies made at the heart level did not show any cardiac hypertrophy in the ventricles. The stimulation with isoproterenol did not show any adaptation defects in the GLUT8-/- hearts. However, the functional analysis made in basal conditions with the electrocardiogram showed an increase in the P wave length, suggesting a defect in the atrial depolarization in the knock out mice. Overall, our results show that GLUT8 does not play an important role in the basal general functions in the mice, but might play a more important role during whole organism stress. Hypoglycaemia or ischemia, for example could stimulate the GLUT8 translocation to the plasma membrane to increase specifically glucose uptake. Résumé tout public Les différentes cellules de l'organisme possèdent des propriétés particulières, qui leur permettent de maintenir les fonctions de l'organe auquel elles appartiennent. La membrane plasmique qui les délimite sélectionne les substances qui vont pénétrer à l'intérieur de la cellule et permet ainsi de maintenir un environnement interne constant. Le glucose est une source d'énergie importante pour la cellule et doit pouvoir pénétrer à l'intérieur de la cellule. Il utilise pour cela des protéines de transport qui le feront passer de part et d'autre de la membrane. Les protéines de la famille des GLUT (pour GLUcose Transporter) possèdent cette capacité. GLUT8 est un membre de la famille des GLUT identifié récemment. Il possède la capacité de transporter le glucose quand il se présente à la surface de la cellule. Il est principalement exprimé dans les testicules, dans le coeur et le cerveau et durant le développement embryonnaire. Son rôle n'est toutefois pas encore défini. Ce travail consiste à étudier la fonction de GLUT8 au niveau de l'organisme entier. Nous avons créé un modèle de souris dans lesquelles l'expression de GLUT8 a été supprimée pour mettre en évidence son importance dans le maintien de l'intégrité des fonctions du corps. Les observations effectuées sur les souris qui n'expriment plus GLUT8 nous indiquent que leurs cellules prolifèrent plus vite au niveau de l'hippocampe. L'hippocampe est une structure située dans le cerveau qui est impliquée dans les phénomènes d'apprentissage. Les souris qui ont été testées dans des tâches d'apprentissage n'ont malgré cela pas montré une amélioration de la mémorisation. Dans le coeur, la suppression de GLUT8 semble présenter un défaut quand on mesure l'activité électrique du coeur par électrocardiogramme. Toutefois, ils fonctionnent normalement et ne présentent pas de défauts morphologiques en conditions normales. Les expériences effectuées sur les modèles de souris indiquent que GLUT8 ne jouerait pas un rôle prédominant dans le fonctionnement normal du corps. Il pourrait exercer sa fonction dans des situations plus particulières comme l'hypoglycémie, où il permettrait une meilleure capacité à transporter le glucose dans les cellules.

Constitutively active alpha-1b adrenergic receptor mutants display different phosphorylation and internalization features.

We compared the phosphorylation and internalization properties of constitutively active alpha-1b adrenergic receptor (AR) mutants carrying mutations in two distant receptor domains, i.e., at A293 in the distal part of the third intracellular loop and at D142 of the DRY motif lying at the end of the third transmembrane domain. For the A293E and A293I mutants the levels of agonist-independent phosphorylation were 150% and 50% higher than those of the wild-type alpha-1b AR, respectively. On the other hand, for the constitutively active D142A and D142T mutants, the basal levels of phosphorylation were similar to those of the wild-type alpha-1b AR and did not appear to be further stimulated by epinephrine. Overexpression of the guanyl nucleotide binding regulatory protein-coupled receptor kinase GRK2 further increases the basal phosphorylation of the A293E mutant, but not that of D142A mutant. Both the wild-type alpha-1b AR and the A293E mutant could undergo beta-arrestin-mediated internalization. The epinephrine-induced internalization of the constitutively active A293E mutant was significantly higher than that of the wild-type alpha-1b AR. In contrast, the D142A mutant was impaired in its ability to interact with beta-arrestin and to undergo agonist-induced internalization. Interestingly, a double mutant A293E/D142A retained very high constitutive activity and regulatory properties of both the A293E and D142A receptors. These findings demonstrate that two constitutively activating mutations occurring in distant receptor domains of the alpha-1b AR have divergent effects on the regulatory properties of the receptor.

PDZ domain-binding motif regulates cardiomyocyte compartment-specific NaV1.5 channel expression and function.

BACKGROUND: Sodium channel NaV1.5 underlies cardiac excitability and conduction. The last 3 residues of NaV1.5 (Ser-Ile-Val) constitute a PDZ domain-binding motif that interacts with PDZ proteins such as syntrophins and SAP97 at different locations within the cardiomyocyte, thus defining distinct pools of NaV1.5 multiprotein complexes. Here, we explored the in vivo and clinical impact of this motif through characterization of mutant mice and genetic screening of patients. METHODS AND RESULTS: To investigate in vivo the regulatory role of this motif, we generated knock-in mice lacking the SIV domain (ΔSIV). ΔSIV mice displayed reduced NaV1.5 expression and sodium current (INa), specifically at the lateral myocyte membrane, whereas NaV1.5 expression and INa at the intercalated disks were unaffected. Optical mapping of ΔSIV hearts revealed that ventricular conduction velocity was preferentially decreased in the transversal direction to myocardial fiber orientation, leading to increased anisotropy of ventricular conduction. Internalization of wild-type and ΔSIV channels was unchanged in HEK293 cells. However, the proteasome inhibitor MG132 rescued ΔSIV INa, suggesting that the SIV motif is important for regulation of NaV1.5 degradation. A missense mutation within the SIV motif (p.V2016M) was identified in a patient with Brugada syndrome. The mutation decreased NaV1.5 cell surface expression and INa when expressed in HEK293 cells. CONCLUSIONS: Our results demonstrate the in vivo significance of the PDZ domain-binding motif in the correct expression of NaV1.5 at the lateral cardiomyocyte membrane and underline the functional role of lateral NaV1.5 in ventricular conduction. Furthermore, we reveal a clinical relevance of the SIV motif in cardiac disease.

Mutational analysis of the highly conserved arginine within the Glu/Asp-Arg-Tyr motif of the alpha(1b)-adrenergic receptor: effects on receptor isomerization and activation.

We have suggested previously that both the negatively and positively charged residues of the highly conserved Glu/Asp-Arg-Tyr (E/DRY) motif play an important role in the activation process of the alpha(1b)-adreneric receptor (AR). In this study, R143 of the E/DRY sequence in the alpha(1b)-AR was mutated into several amino acids (Lys, His, Glu, Asp, Ala, Asn, and Ile). The charge-conserving mutation of R143 into lysine not only preserved the maximal agonist-induced response of the alpha(1b)-AR, but it also conferred high degree of constitutive activity to the receptor. Both basal and agonist-induced phosphorylation levels were significantly increased for the R143K mutant compared with those of the wild-type receptor. Other substitutions of R143 resulted in receptor mutants with either a small increase in constitutive activity (R143H and R143D), impairment (R143H, R143D), or complete loss of receptor-mediated response (R143E, R143A, R143N, R143I). The R413E mutant displayed a small, but significant increase in basal phosphorylation despite being severely impaired in receptor-mediated response. Interestingly, all the arginine mutants displayed increased affinity for agonist binding compared with the wild-type alpha(1b)-AR. A correlation was found between the extent of the affinity shift and the intrinsic activity of the agonists. The analysis of the receptor mutants using the allosteric ternary complex model in conjunction with the results of molecular dynamics simulations on the receptor models support the hypothesis that mutations of R143 can drive the isomerization of the alpha(1b)-AR into different states, highlighting the crucial role of this residue in the activation process of the receptor.

La gigantomachie de Lousanna-Vidy suivie de considérations sur la transmission du motif de l'anguipède

Considérations méthodologiques Nous avons limité aux précisions indispensables à la compréhension de notre propos les considérations sur la gigantomachie en général. Nous renvoyons aux études signalées plus haut (supra, p. 7, n. 2), principalement pour ce qui concerne les géants avant leur transformation en anguipèdes à partir de l'époque hellénistique. Notre recherche de parallèles reposera sur quelques oeuvres d'art encore existantes : les sculptures décorant les plus importantes d'entre elles feront dès lors figure d'archétype, même si, bien sûr, rien ne permet d'exclure qu'il en ait existé de plus significatives. Parmi les nombreux monuments aujourd'hui disparus, respectivement parmi ceux qui seraient encore à découvrir, il s'en trouvait sans doute qui auraient été susceptibles de servir de modèle pour les sculptures ornant le fanum de Lousonna, duquel bien peu de restes nous sont parvenus. A l'exception de quelques renvois ponctuels, notre démarche s'est appuyée exclusivement sur du matériel et des informations déjà publiés. Pour la reconstitution des bas-reliefs de Lousonna, nous nous sommes inspiré généralement de sculptures hellénistiques et romaines dont l'ornementation présentait des similitudes avec les fragments à notre disposition ; la plupart des parallèles sont mentionnés dans le Lexicon Iconographicum Mythologiae Classicae. L'examen des volumes du Corpus Signorum Imperii Romani et de quelques autres recueils nous a permis de faire des propositions pour les cas restés en suspens. A une exception près, l'échantillonnage aéré formé à partir d'ensembles sculptés qui devaient avoir les mêmes caractéristiques que le matériel que nous tenterons d'identifier : ils comportaient des monstres anguipèdes avec les jambes se terminant par la tête du serpent, remontant au plus tard à la fin de la période romaine et produits dans un atelier gréco-romain. Afin de recréer avec le plus de vraisemblance possible l'environnement du fanum de Lousonna, nous avons recherché des édifices de caractéristiques semblables dans les catalogues de temples gallo-romains dressés par P. D. HORNE et A. C. KING (1980), respectivement I. FAUDUET et P. ARCELIN (1993). Tant l'absence presque complète de restes architecturaux susceptibles d'être rapportés à l'édifice religieux que la nature somme toute modeste du vicus lémanique nous ont fait opter pour une variante minimaliste, se limitant finalement à la structure supportant la gigantomachie devant un temple sans aucune décoration. Pour tenter de préciser les modalités de la transmission du thème des géants, nous envisagerons trois cheminements possibles : la tradition orale, la transmission littéraire et, enfin, la représentation iconographique, qu'il s'agisse de monuments, d'objets mobiliers ou même des quelques rares illustrations de textes antiques. Sauf indication contraire, les textes anciens sont cités dans les traductions des Belles-Lettres, des Sources chrétiennes ou de la Loeb Classical Library dont la liste figure à la page 161. La version française des textes dont aucune traduction n'était disponible est généralement due à François Mottas (traduction F.M.). Nous ne reportons les dates de naissance des auteurs ou des artistes mentionnés que lorsqu'elles sont utiles à la compréhension de notre exposé. En plus du rôle qu'ont pu jouer les oeuvres d'art disparues au cours des deux derniers millénaires, divers facteurs ont dû assurer la constitution et la mise au point d'un imaginaire de plus en plus élaboré des gigantomachies. La mémoire a certes sa part dans l'inspiration des artistes qui réalisèrent les sculptures de la cité lémanique; mais si un mythe ou le récit d'un événement peuvent s'être transmis de bouche à oreille au cours des siècles, certaines ressemblances dans l'attitude des personnages sont trop frappantes, même en tenant compte de ces gestes qu'il n'existe qu'une seule façon de représenter: il n'est dès lors pas possible d'imaginer que la transmission des détails des scènes se serait pratiquée uniquement par voie orale. Si le voyage touristique; tel que nous l'entendons de nos jours, n'a pas existé, les personnes susceptibles d'avoir ramené des informations de leurs déplacements à travers l'Empire sont plus nombreuses qu'on ne le croirait au premier abord. Fonctionnaires allant prendre leur charge ou en mission dans une contrée voisine; soldats, parmi lesquels des mercenaires gaulois; pèlerins ayant visité de grands sanctuaires, comme celui d'Esculape à Pergame, emplacement de la gigantomachie la plus impressionnante, ou d'autres lieux de culte; jeunes fortunés ayant étudié à Athènes; commerçants accompagnés par des muletiers ou des portefaix acheminant leurs marchandises; membres de corporations ou artisans exerçant des métiers itinérants; esclaves, dont l'exportation devait représenter une source de revenus intéressante pour les commerçants romains; en dernier lieu, sans parler des artistes eux-mêmes, ces arpenteurs-géomètres chargés de toutes sortes de relevés qui accompagnaient les empereurs lors de leurs déplacements (infra, p. 36). Il faudra cependant rester prudent quant à l'affirmation d'une connaissance visuelle directe que les sculpteurs de Lousonna auraient eue des réalisations antiques avec lesquelles nous mettrons la gigantomachie en parallèle. Même si elle n'a toujours pas pu être prouvée, la circulation de cahiers de modèles semble bel et bien assurée: dans un atelier, les maîtres ont forcément passé leurs croquis à leurs successeurs et ceci s'est peut-être répété pour plusieurs générations d'artisans. Sans parler des monnaies, d'autres moyens de transmission peuvent encore être mentionnés : éventuelles éditions illustrées de textes antiques, motifs gravés sur des gemmes ou représentés sur des récipients décorés... Une observation s'impose ici : la plupart des monuments que nous utiliserons pour notre reconstitution existaient encore lors de l'érection de notre gigantomachie. Une fois les bas-reliefs de Lousonna reconstitués, restait donc à combler l'absence de toute étude sur la survie de la gigantomachie à travers les âges et à préciser l'emploi qui en serait fait à la Renaissance. Divers recueils d'ouvrages consacrés à la mythologie et remontant à cette période nous ont permis de décrire les modalités de la reprise du récit de la guerre des géants; en l'absence de toute synthèse sur ceux-ci dans la peinture de la Renaissance, c'est en partant de l'examen des nombreux travaux consacrés au Palazzo del Te à Mantoue que nous avons pu établir un lien entre les représentations de géants peintes durant la première moitié du 16ème siècle, au cours duquel la gigantomachie était redevenue un sujet d'actualité. Le monument de la bourgade lémanique comporte encore neuf personnages et constitue, avec celui d'Yzeures-sur-Creuse, l'exemplaire le plus complet découvert dans la partie occidentale de l'Empire romain : il méritait bien d'être à l'origine d'une telle démarche.

Regulation of Nedd4-2 self-ubiquitination and stability by a PY motif located within its HECT-domain.

Ubiquitin ligases play a pivotal role in substrate recognition and ubiquitin transfer, yet little is known about the regulation of their catalytic activity. Nedd4 (neural-precursor-cell-expressed, developmentally down-regulated 4)-2 is an E3 ubiquitin ligase composed of a C2 domain, four WW domains (protein-protein interaction domains containing two conserved tryptophan residues) that bind PY motifs (L/PPXY) and a ubiquitin ligase HECT (homologous with E6-associated protein C-terminus) domain. In the present paper we show that the WW domains of Nedd4-2 bind (weakly) to a PY motif (LPXY) located within its own HECT domain and inhibit auto-ubiquitination. Pulse-chase experiments demonstrated that mutation of the HECT PY-motif decreases the stability of Nedd4-2, suggesting that it is involved in stabilization of this E3 ligase. Interestingly, the HECT PY-motif mutation does not affect ubiquitination or down-regulation of a known Nedd4-2 substrate, ENaC (epithelial sodium channel). ENaC ubiquitination, in turn, appears to promote Nedd4-2 self-ubiquitination. These results support a model in which the inter- or intra-molecular WW-domain-HECT PY-motif interaction stabilizes Nedd4-2 by preventing self-ubiquitination. Substrate binding disrupts this interaction, allowing self-ubiquitination of Nedd4-2 and subsequent degradation, resulting in down-regulation of Nedd4-2 once it has ubiquitinated its target. These findings also point to a novel mechanism employed by a ubiquitin ligase to regulate itself differentially compared with substrate ubiquitination and stability.

Oligomerization of the alpha 1a- and alpha 1b-adrenergic receptor subtypes. Potential implications in receptor internalization.

We combined biophysical, biochemical, and pharmacological approaches to investigate the ability of the alpha 1a- and alpha 1b-adrenergic receptor (AR) subtypes to form homo- and hetero-oligomers. Receptors tagged with different epitopes (hemagglutinin and Myc) or fluorescent proteins (cyan and green fluorescent proteins) were transiently expressed in HEK-293 cells either individually or in different combinations. Fluorescence resonance energy transfer measurements provided evidence that both the alpha 1a- and alpha 1b-AR can form homo-oligomers with similar transfer efficiency of approximately 0.10. Hetero-oligomers could also be observed between the alpha 1b- and the alpha 1a-AR subtypes but not between the alpha 1b-AR and the beta2-AR, the NK1 tachykinin, or the CCR5 chemokine receptors. Oligomerization of the alpha 1b-AR did not require the integrity of its C-tail, of two glycophorin motifs, or of the N-linked glycosylation sites at its N terminus. In contrast, helix I and, to a lesser extent, helix VII were found to play a role in the alpha 1b-AR homo-oligomerization. Receptor oligomerization was not influenced by the agonist epinephrine or by the inverse agonist prazosin. A constitutively active (A293E) as well as a signaling-deficient (R143E) mutant displayed oligomerization features similar to those of the wild type alpha 1b-AR. Confocal imaging revealed that oligomerization of the alpha1-AR subtypes correlated with their ability to co-internalize upon exposure to the agonist. The alpha 1a-selective agonist oxymetazoline induced the co-internalization of the alpha 1a- and alpha 1b-AR, whereas the alpha 1b-AR could not co-internalize with the NK1 tachykinin or CCR5 chemokine receptors. Oligomerization might therefore represent an additional mechanism regulating the physiological responses mediated by the alpha 1a- and alpha 1b-AR subtypes.

Progesterone down-regulates the open probability of the amiloride-sensitive epithelial sodium channel via a Nedd4-2-dependent mechanism.

Activation of the mitogen-activated protein (MAP) kinase cascade by progesterone in Xenopus oocytes leads to a marked down-regulation of activity of the amiloride-sensitive epithelial sodium channel (ENaC). Here we have studied the signaling pathways involved in progesterone effect on ENaC activity. We demonstrate that: (i) the truncation of the C termini of the alphabetagammaENaC subunits results in the loss of the progesterone effect on ENaC; (ii) the effect of progesterone was also suppressed by mutating conserved tyrosine residues in the Pro-X-X-Tyr (PY) motif of the C termini of the beta and gamma ENaC subunits (beta(Y618A) and gamma(Y628A)); (iii) the down-regulation of ENaC activity by progesterone was also suppressed by co-expression ENaC subunits with a catalytically inactive mutant of Nedd4-2, a ubiquitin ligase that has been previously demonstrated to decrease ENaC cell-surface expression via a ubiquitin-dependent internalization/degradation mechanism; (iv) the effect of progesterone was significantly reduced by suppression of consensus sites (beta(T613A) and gamma(T623A)) for ENaC phosphorylation by the extracellular-regulated kinase (ERK), a MAP kinase previously shown to facilitate the binding of Nedd4 ubiquitin ligases to ENaC; (v) the quantification of cell-surface-expressed ENaC subunits revealed that progesterone decreases ENaC open probability (whole cell P(o), wcP(o)) and not its cell-surface expression. Collectively, these results demonstrate that the binding of active Nedd4-2 to ENaC is a crucial step in the mechanism of ENaC inhibition by progesterone. Upon activation of ERK, the effect of Nedd4-2 on ENaC open probability can become more important than its effect on ENaC cell-surface expression.

An isoform of microtubule-associated protein 2 (MAP2) containing four repeats of the tubulin-binding motif.

Microtubule-associated protein 2 (MAP2) exists in both high- and low-molecular mass isoforms, each of which has a tubulin-binding domain consisting of 3 imperfect tandem repeats of 31 amino acids containing a more highly conserved 18 amino acid 'core' sequence. We describe here a novel form of low molecular mass MAP2 (MAP2c) that contains an additional 4th repeat of this tubulin-binding motif. Like the 3 previously known repeat sequences, this 4th copy is highly conserved between MAP2 and the two other known members of the same gene family, tau and MAP4. In each of these three genes the additional 4th repeat is inserted between the 1st and 2nd repeats of the 3-repeat form of the molecule. Experiments with brain cell cultures, in which the relative proportions of neurons and glia had been manipulated by drug treatment, showed that 4-repeat MAP2c is associated with glial cells whereas 3-repeat MAP2c is expressed in neurons. Whereas 3-repeat MAP2c is expressed early in development and then declines, the level of 4-repeat MAP2c increases later in development, corresponding to the relatively late differentiation of glial cells compared to neurons. When transfected into non-neuronal cells, the 4-repeat version of MAP2c behaved indistinguishably from the 3-repeat form in stabilising and rearranging cellular microtubules. The presence of an additional 4th repeat of the tubulin-binding motif in all three members of the MAP2 gene family suggests that this variant arose prior to their differentiation from an ancestral gene.

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.

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.

Phosphorylation of the Na,K-ATPase alpha-subunit by protein kinase A and C in vitro and in intact cells. Identification of a novel motif for PKC-mediated phosphorylation.

Na,K-ATPase is a potential target for regulatory phosphorylation by protein kinase A and C (PKA and PKC). To identify the phosphorylation sites, we have mutated the alpha 1-subunit of Bufo marinus in a highly conservative PKA and in 20 different PKC consensus sequences. The mutants were expressed in Xenopus oocytes and their phosphorylation capacity tested in homogenates upon stimulation of PKA or PKC. While serine 943 (Ser-943) was identified as a unique target site for PKA, none of the PKC consensus serine or threonine residues are implicated in PKC phosphorylation. Controlled trypsinolysis of phosphorylated alpha-subunits of various purified enzyme preparations and of alpha/beta complexes from oocyte homogenates revealed that PKC phosphorylation was exclusively associated with the N terminus. A fusion protein containing the first 32 amino acids of the Bufo alpha-subunit was phosphorylated in vitro and serine and threonine residues (Thr-15 and Ser-16) in this region were identified by site-directed mutagenesis as the PKC phosphorylation sites. Finally, the Bufo alpha-subunit was phosphorylated by protein kinases in transfected COS-7 cells. In intact cells, PKA stimulation induced phosphorylation exclusively on Ser-943 and PKC stimulation mainly on Thr-15 and Ser-16, which are contained in a novel PKC phosphorylation motif.