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.

Modulation of genetic associations with serum urate levels by body-mass-index in humans.

We tested for interactions between body mass index (BMI) and common genetic variants affecting serum urate levels, genome-wide, in up to 42569 participants. Both stratified genome-wide association (GWAS) analyses, in lean, overweight and obese individuals, and regression-type analyses in a non BMI-stratified overall sample were performed. The former did not uncover any novel locus with a major main effect, but supported modulation of effects for some known and potentially new urate loci. The latter highlighted a SNP at RBFOX3 reaching genome-wide significant level (effect size 0.014, 95% CI 0.008-0.02, Pinter= 2.6 x 10-8). Two top loci in interaction term analyses, RBFOX3 and ERO1LB-EDARADD, also displayed suggestive differences in main effect size between the lean and obese strata. All top ranking loci for urate effect differences between BMI categories were novel and most had small magnitude but opposite direction effects between strata. They include the locus RBMS1-TANK (men, Pdifflean-overweight= 4.7 x 10-8), a region that has been associated with several obesity related traits, and TSPYL5 (men, Pdifflean-overweight= 9.1 x 10-8), regulating adipocytes-produced estradiol. The top-ranking known urate loci was ABCG2, the strongest known gout risk locus, with an effect halved in obese compared to lean men (Pdifflean-obese= 2 x 10-4). Finally, pathway analysis suggested a role for N-glycan biosynthesis as a prominent urate-associated pathway in the lean stratum. These results illustrate a potentially powerful way to monitor changes occurring in obesogenic environment.

Hippocampal Theta-Phase Modulation of Replay Correlates with Configural-Relational Short-Term Memory Performance

Thereis now growing evidencethatthe hippocampus generatestheta rhythmsthat can phase biasfast neural oscillationsinthe neocortex, allowing coordination of widespread fast oscillatory populations outside limbic areas. A recent magnetoencephalographic study showed that maintenance of configural-relational scene information in a delayed match-to-sample (DMS) task was associated with replay of that information during the delay period. The periodicity of the replay was coordinated by the phase of the ongoing theta rhythm, and the degree of theta coordination during the delay period was positively correlated with DMS performance. Here, we reanalyzed these data to investigate which brain regions were involved in generating the theta oscillations that coordinated the periodic replay of configural- relational information. We used a beamformer algorithm to produce estimates of regional theta rhythms and constructed volumetric images of the phase-locking between the local theta cycle and the instances of replay (in the 13- 80 Hz band). We found that individual differences in DMS performancefor configural-relational associations were relatedtothe degree of phase coupling of instances of cortical reactivations to theta oscillations generated in the right posterior hippocampus and the right inferior frontal gyrus. This demonstrates that the timing of memory reactivations in humans is biased toward hippocampal theta phase

Sox4 participates in the modulation of Schwann cell myelination.

In order to identify new regulators of Schwann cell myelination potentially playing a role in peripheral nervous system (PNS) pathologies, we analysed gene expression profiling data from three mouse models of demyelinating neuropathies and from the developing PNS. This analysis revealed that Sox4, which encodes a member of the Sry-related high-mobility group box protein family, was consistently upregulated in all three analysed models of neuropathy. Moreover, Sox4 showed a peak in its expression during development that corresponded with the onset of myelination. To gain further insights into the role of Sox4 in PNS development, we generated a transgenic mouse that specifically overexpresses Sox4 in Schwann cells. Sox4 overexpression led to a temporary delay in PNS myelination without affecting axonal sorting. Importantly, we observed that, whereas Sox4 mRNA could be efficiently overexpressed, Sox4 protein expression in Schwann cells was strictly regulated. Finally, our data showed that enforced expression of Sox4 in the mouse model for Charcot-Marie-Tooth 4C aggravated its neuropathic phenotype. Together, these observations reveal that Sox4 contributes to the regulation of Schwann cell myelination, and also indicates its involvement in the pathophysiology of peripheral neuropathies.

Wavefront reconstruction by adding modulation capabilities of two liquid crystal devices

We analyze the behavior of complex information in the Fresnel domain, taking into account the limited capability to display complex values of liquid crystal devices when they are used as holographic displays. To do this analysis we study the reconstruction of Fresnel holograms at several distances using the different parts of the complex distribution. We also use the information adjusted with a method that combines two configurations of the devices in an adding architecture. The results of the error analysis show different behavior for the reconstructions when using the different methods. Simulated and experimental results are presented.

Dual and Opposite Effects of hRAD51 Chemical Modulation on HIV-1 Integration.

The cellular DNA repair hRAD51 protein has been shown to restrict HIV-1 integration both in vitro and in vivo. To investigate its regulatory functions, we performed a pharmacological analysis of the retroviral integration modulation by hRAD51. We found that, in vitro, chemical activation of hRAD51 stimulates its integration inhibitory properties, whereas inhibition of hRAD51 decreases the integration restriction, indicating that the modulation of HIV-1 integration depends on the hRAD51 recombinase activity. Cellular analyses demonstrated that cells exhibiting high hRAD51 levels prior to de novo infection are more resistant to integration. On the other hand, when hRAD51 was activated during integration, cells were more permissive. Altogether, these data establish the functional link between hRAD51 activity and HIV-1 integration. Our results highlight the multiple and opposite effects of the recombinase during integration and provide new insights into the cellular regulation of HIV-1 replication.

Modulation de la douleur neuropathique par l'utilisation d'un vecteur viral adéno-associé recombinant et ARN interférent

Une lésion nerveuse périphérique est susceptible d'engendrer une douleur neuropathique caractérisée par des changements d'expression génique dans les neurones nociceptifs des ganglions spinaux. Parmi ces modifications, on note une augmentation transcriptionnelle du gène codant pour la guanosine triphosphate cyclohydrolase 1 (GCH1) considérée comme modulateur clé des douleurs neuropathiques périphériques1. La surexpression de la GCH1 induit alors une hausse de la concentration de la tétrahydrobiopterin (BH4), un cofacteur essentiel pour la production de catécholamines, de sérotonine et d'oxide nitrique dans les ganglions spinaux. La surexpression de ce cofacteur induit la production de ces neurotransmetteurs et contribue à l'augmentation de la sensibilité douloureuse. Dans ce travail, j'ai modulé l'expression de GCH1 par l'utilisation d'un vecteur viral adéno-associé. Tout d'abord, j'ai testé in vitro dans des cellules PC12 différentes molécules d'ARN interfèrent permettant la régulation négative de GCH1. Les cellules PC 12 contiennent constitutionnellement la GCH1 et sont donc intéressantes afin de tester et sélectionner un plasmide permettant une régulation négative efficace de cette molécule in vitro. Cela m'a permis de choisir après sélection de cellules par FACS et quantification protéique par Western blot les meilleurs sh-ARN à utiliser tant pour la régulation négative de GCH1 que pour le vecteur contrôle. J'ai ensuite co- transfecté ces plasmides avec le plasmide pDF6 dans des cellules HEK293T pour la production de mon vecteur viral (rAAV2/6) permettant la régulation négative de la GCH1 ainsi que de mon vecteur contrôle. Après avoir étudié deux voies d'injection chez le rat (dans le nerf sciatique et en intrathécal), j'ai retenu la voie intrathécale comme ayant le meilleur taux de transduction de mon vecteur viral au niveau des ganglions spinaux. Utiliser cette voie d'injection pour mon vecteur permet de cibler plus particulièrement les neurones nociceptifs des ganglions spinaux. J'ai ensuite étudié la modulation de la GCH1 et sa répercussion sur le développement et le maintien des douleurs neuropathiques dans le modèle animal « spared nerve injury » (SNI). Je n'ai pas obtenu de diminution de douleur ni au niveau comportemental ni au niveau moléculaire chez le rat. Ayant répété l'expérience chez la souris, j'ai obtenu une diminution significative de l'expression de la GCH1 au niveau de l'ARN messager. Je n'ai pas étudié l'efficacité de mon vecteur in vivo chez la souris car un autre groupe m'a devancé dans cette expérience et a publié une étude similaire montrant une régulation négative et efficace de la GCH1 sur les symptômes de douleur neuropathique. Mes résultats, associés à cette publication, démontrent la validité de mon hypothèse de départ et ouvrent de nouvelles perspectives thérapeutiques en prenant comme cible la production de BH4.

β-Adrenergic modulation of skeletal muscle contraction: key role of excitation-contraction coupling.

Our aim is to describe the acute effects of catecholamines/β-adrenergic agonists on contraction of non-fatigued skeletal muscle in animals and humans, and explain the mechanisms involved. Adrenaline/β-agonists (0.1-30 μm) generally augment peak force across animal species (positive inotropic effect) and abbreviate relaxation of slow-twitch muscles (positive lusitropic effect). A peak force reduction also occurs in slow-twitch muscles in some conditions. β2 -Adrenoceptor stimulation activates distinct cyclic AMP-dependent protein kinases to phosphorylate multiple target proteins. β-Agonists modulate sarcolemmal processes (increased resting membrane potential and action potential amplitude) via enhanced Na(+) -K(+) pump and Na(+) -K(+) -2Cl(-) cotransporter function, but this does not increase force. Myofibrillar Ca(2+) sensitivity and maximum Ca(2+) -activated force are unchanged. All force potentiation involves amplified myoplasmic Ca(2+) transients consequent to increased Ca(2+) release from sarcoplasmic reticulum (SR). This unequivocally requires phosphorylation of SR Ca(2+) release channels/ryanodine receptors (RyR1) which sensitize the Ca(2+) -induced Ca(2+) release mechanism. Enhanced trans-sarcolemmal Ca(2+) influx through phosphorylated voltage-activated Ca(2+) channels contributes to force potentiation in diaphragm and amphibian muscle, but not mammalian limb muscle. Phosphorylation of phospholamban increases SR Ca(2+) pump activity in slow-twitch fibres but does not augment force; this process accelerates relaxation and may depress force. Greater Ca(2+) loading of SR may assist force potentiation in fast-twitch muscle. Some human studies show no significant force potentiation which appears to be related to the β-agonist concentration used. Indeed high-dose β-agonists (∼0.1 μm) enhance SR Ca(2+) -release rates, maximum voluntary contraction strength and peak Wingate power in trained humans. The combined findings can explain how adrenaline/β-agonists influence muscle performance during exercise/stress in humans.

Fast oscillatory activity in the anterior cingulate cortex: dopaminergic modulation and effect of perineuronal net loss.

Dopamine release in the prefrontal cortex plays a critical role in cognitive function such as working memory, attention and planning. Dopamine exerts complex modulation on excitability of pyramidal neurons and interneurons, and regulates excitatory and inhibitory synaptic transmission. Because of the complexity of this modulation, it is difficult to fully comprehend the effect of dopamine on neuronal network activity. In this study, we investigated the effect of dopamine on local high-frequency oscillatory neuronal activity (in β band) in slices of the mouse anterior cingulate cortex (ACC). We found that dopamine enhanced the power of these oscillations induced by kainate and carbachol, but did not affect their peak frequency. Activation of D2R and in a lesser degree D1R increased the oscillation power, while activation of D4R had no effect. These high-frequency oscillations in the ACC relied on both phasic inhibitory and excitatory transmission and functional gap junctions. Thus, dopamine released in the ACC promotes high-frequency synchronized local cortical activity which is known to favor information transfer, fast selection and binding of distributed neuronal responses. Finally, the power of these oscillations was significantly enhanced after degradation of the perineuronal nets (PNNs) enwrapping most parvalbumin interneurons. This study provides new insights for a better understanding of the abnormal prefrontal gamma activity in schizophrenia (SZ) patients who display prefrontal anomalies of both the dopaminergic system and the PNNs.

Effect of cocoa powder on the modulation of inflammatory biomarkers in patients at high risk of cardiovascular disease

Background: Epidemiologic studies have suggested that flavonoid intake plays a critical role in the prevention of coronary heart disease. Because atherosclerosis is considered a low-grade inflammatory disease, some feeding trials have analyzed the effects of cocoa (an important source of flavonoids) on inflammatory biomarkers, but the results have been controversial. Objective: The objective was to evaluate the effects of chronic cocoa consumption on cellular and serum biomarkers related to atherosclerosis in high-risk patients. Design: Forty-two high-risk volunteers (19 men and 23 women; mean 6 SD age: 69.7 6 11.5 y) were included in a randomized crossover feeding trial. All subjects received 40 g cocoa powder with 500 mL skim milk/d (C+M) or only 500 mL skim milk/d (M) for 4 wk. Before and after each intervention period, cellular and serum inflammatory biomarkers related to atherosclerosis were evaluated. Results: Adherence to the dietary protocol was excellent. No significant changes in the expression of adhesion molecules on T lymphocyte surfaces were found between the C+M and M groups. However, in monocytes, the expression of VLA-4, CD40, and CD36 was significantly lower (P = 0.005, 0.028, and 0.001, respectively) after C+M intake than after M intake. In addition, serum concentrations of the soluble endothelium-derived adhesion molecules P-selectin and intercellular adhesion molecule-1 were significantly lower (both P = 0.007) after C+M intake than after M intake. Conclusions: These results suggest that the intake of cocoa polyphenols may modulate inflammatory mediators in patients at high risk of cardiovascular disease. These antiinflammatory effects may contribute to the overall benefits of cocoa consumption against atherosclerosis. This trial was registered in the Current Controlled Trials at London, International Standard Randomized Controlled Trial Number, at controlled-trials.com as ISRCTN75176807.