The role of putative phosphorylation sites in the targeting and shuttling of the aquaporin-2 water channel

In renal collecting ducts, a vasopressin-induced cAMP increase results in the phosphorylation of aquaporin-2 (AQP2) water channels at Ser-256 and its redistribution from intracellular vesicles to the apical membrane. Hormones that activate protein kinase C (PKC) proteins counteract this process. To determine the role of the putative kinase sites in the trafficking and hormonal regulation of human AQP2, three putative casein kinase II (Ser-148, Ser-229, Thr-244), one PKC (Ser-231), and one protein kinase A (Ser-256) site were altered to mimic a constitutively non-phosphorylated/phosphorylated state and were expressed in Madin-Darby canine kidney cells. Except for Ser-256 mutants, seven correctly folded AQP2 kinase mutants trafficked as wild-type AQP2 to the apical membrane via forskolin-sensitive intracellular vesicles. With or without forskolin, AQP2-Ser-256A was localized in intracellular vesicles, whereas AQP2-S256D was localized in the apical membrane. Phorbol 12-myristate 13-acetate-induced PKC activation following forskolin treatment resulted in vesicular distribution of all AQP2 kinase mutants, while all were still phosphorylated at Ser-256. Our data indicate that in collecting duct cells, AQP2 trafficking to vasopressin-sensitive vesicles is phosphorylation-independent, that phosphorylation of Ser-256 is necessary and sufficient for expression of AQP2 in the apical membrane, and that PMA-induced PKC-mediated endocytosis of AQP2 is independent of the AQP2 phosphorylation state.

Luteinizing hormone (LH) and prolactin-releasing pituitary tumor: possible malignant transformation of the LH cell line.

A pituitary tumor was diagnosed in a prepubertal 13-yr-old girl, who had elevated plasma LH (58 mIU/ml) and PRL (93 ng/ml) levels; decreased GH, ACTH, and FSH secretion; and diabetes insipidus. After surgery, plasma LH and PRL declined, but not to normal levels. Conventional external radiotherapy to the pituitary was immediately followed by a decrease in LH to prepubertal values (0.7 mIU/ml), while PRL levels became normal only after a long course of bromocriptine therapy. The pituitary tumor was composed of two distinct cell types: small polygonal cells, which were PRL positive by immunohistochemistry, and clusters of pleomorphic large frequently mitotic polynucleated cells, which were LH positive, some of them also being positive for the alpha-subunit or beta LH but not for beta FSH. Four years after surgery and radiotherapy, the patient deteriorated neurologically. Computed tomographic scan showed widespread frontal and periventricular tumor, which had the histological features of a poorly differentiated carcinoma. No PRL, LH, or alpha- or beta-subunits were detectable on immunocytochemistry. While the PRL-positive cells of the pituitary tumor displayed the histological and clinical features of PRL adenomas, the morphological characteristics of LH cells and the sharp decline of plasma LH levels after radiotherapy were suggestive of malignant transformation. In this context, the later brain tumor could have been the result of subependymal spread of the pituitary tumor after it lost its hormone-secreting capacity.

A comprehensive analysis of gene expression profiles in distal parts of the mouse renal tubule.

The distal parts of the renal tubule play a critical role in maintaining homeostasis of extracellular fluids. In this review, we present an in-depth analysis of microarray-based gene expression profiles available for microdissected mouse distal nephron segments, i.e., the distal convoluted tubule (DCT) and the connecting tubule (CNT), and for the cortical portion of the collecting duct (CCD; Zuber et al., Proc Natl Acad Sci USA 106:16523-16528, 2009). Classification of expressed transcripts in 14 major functional gene categories demonstrated that all principal proteins involved in maintaining the salt and water balance are represented by highly abundant transcripts. However, a significant number of transcripts belonging, for instance, to categories of G-protein-coupled receptors or serine/threonine kinases exhibit high expression levels but remain unassigned to a specific renal function. We also established a list of genes differentially expressed between the DCT/CNT and the CCD. This list is enriched by genes related to segment-specific transport functions and by transcription factors directing the development of the distal nephron or collecting ducts. Collectively, this in silico analysis provides comprehensive information about relative abundance and tissue specificity of the DCT/CNT and the CCD expressed transcripts and identifies new candidate genes for renal homeostasis.

Gamma Knife radiosurgery in benign skull base tumors after planned subtotal resection: preliminary results in combined approaches

Aim: The management of large lesions of the skull base, such as vestibular schwanommas (VS), meningiomas (MEN) or pituitary adenomas (PA), is challenging, with microsurgery remaining the main treatment option. Planned subtotal resection is now being increasingly considered to reduce the risk of neurological deficits following complete resection. The residual part of the tumor can then be treated with Gamma Knife Radiosurgery (GKR) to achieve long-term growth control. Methods: This case series documents early results with planned subtotal resection followed by GKR in Lausanne University Hospital, between July 2010 and March 2012. There were 24 patients who underwent surgery, with 22 having already undergone GKR and 2 waiting for GKR. We analyzed clinical symptoms for all patients, as well as audiograms, ophthalmological and endocrinological tests, when indicated. Results: Nine patients had VS surgery (mean diameter 35 mm; range 30-44.5) through a retrosigmoid approach. There were no post-operative facial nerve deficits. Of the 3 patients whom had useful hearing pre-operatively, this improved in 2 and remained stable in 1. Four patients with clinoid MEN (mean diameter 26.5 mm; range 17-42) underwent subtotal resection of the tumor, and the component in the cavernous sinus was later treated with GKR. The visual status remained stable in 3 patients and one had complete visual recovery. 4 patients underwent subtotal resection of petro-clival MEN (mean diameter 36 mm; range 32-42): 3 had House-Brackmann (HB) grade 2 facial function that recovered completely; one continues to have HB grade 4 facial deficit following surgery. Of the 7 patients with PA (mean diameter 34.5 mm; range 20-54.5), 2 had acromegaly, the others were non functional PA. Six patients underwent trans-sphenoidal surgery, while one patient had a transcavernous sinus resection of the tumor (with prior staged trans-sphenoidal surgery). Visual status improved in 3 patients while the others remained stable. Two patients had transient diabetes insipidus following surgery. Up to now, no additional deficit or worsening has been reported after GKR. Conclusions: Our data suggest that planned subtotal resection has an excellent clinical outcome with respect to preservation of cranial nerves, and other neurological functions, and a good possibility of recovery of many of the pre-operative cranial nerve dysfunctions. The results in terms of tumor control following GKR need further long-term evaluation.

Overall and cause-specific mortality in GH-deficient adults on GH replacement.

OBJECTIVE: Hypopituitarism is associated with an increased mortality rate but the reasons underlying this have not been fully elucidated. The purpose of this study was to evaluate mortality and associated factors within a large GH-replaced population of hypopituitary patients. DESIGN: In KIMS (Pfizer International Metabolic Database) 13,983 GH-deficient patients with 69,056 patient-years of follow-up were available. METHODS: This study analysed standardised mortality ratios (SMRs) by Poisson regression. IGF1 SDS was used as an indicator of adequacy of GH replacement. Statistical significance was set to P<0.05. RESULTS: All-cause mortality was 13% higher compared with normal population rates (SMR, 1.13; 95% confidence interval, 1.04-1.24). Significant associations were female gender, younger age at follow-up, underlying diagnosis of Cushing's disease, craniopharyngioma and aggressive tumour and presence of diabetes insipidus. After controlling for confounding factors, there were statistically significant negative associations between IGF1 SDS after 1, 2 and 3 years of GH replacement and SMR. For cause-specific mortality there was a negative association between 1-year IGF1 SDS and SMR for deaths from cardiovascular diseases (P=0.017) and malignancies (P=0.044). CONCLUSIONS: GH-replaced patients with hypopituitarism demonstrated a modest increase in mortality rate; this appears lower than that previously published in GH-deficient patients. Factors associated with increased mortality included female gender, younger attained age, aetiology and lower IGF1 SDS during therapy. These data indicate that GH replacement in hypopituitary adults with GH deficiency may be considered a safe treatment.

Molecular clock is involved in predictive circadian adjustment of renal function.

Renal excretion of water and major electrolytes exhibits a significant circadian rhythm. This functional periodicity is believed to result, at least in part, from circadian changes in secretion/reabsorption capacities of the distal nephron and collecting ducts. Here, we studied the molecular mechanisms underlying circadian rhythms in the distal nephron segments, i.e., distal convoluted tubule (DCT) and connecting tubule (CNT) and the cortical collecting duct (CCD). Temporal expression analysis performed on microdissected mouse DCT/CNT or CCD revealed a marked circadian rhythmicity in the expression of a large number of genes crucially involved in various homeostatic functions of the kidney. This analysis also revealed that both DCT/CNT and CCD possess an intrinsic circadian timing system characterized by robust oscillations in the expression of circadian core clock genes (clock, bma11, npas2, per, cry, nr1d1) and clock-controlled Par bZip transcriptional factors dbp, hlf, and tef. The clock knockout mice or mice devoid of dbp/hlf/tef (triple knockout) exhibit significant changes in renal expression of several key regulators of water or sodium balance (vasopressin V2 receptor, aquaporin-2, aquaporin-4, alphaENaC). Functionally, the loss of clock leads to a complex phenotype characterized by partial diabetes insipidus, dysregulation of sodium excretion rhythms, and a significant decrease in blood pressure. Collectively, this study uncovers a major role of molecular clock in renal function.

Novel FGF8 mutations associated with recessive holoprosencephaly, craniofacial defects, and hypothalamo-pituitary dysfunction.

Context: Fibroblast growth factor (FGF) 8 is important for GnRH neuronal development with human mutations resulting in Kallmann syndrome. Murine data suggest a role for Fgf8 in hypothalamo-pituitary development; however, its role in the etiology of wider hypothalamo-pituitary dysfunction in humans is unknown.Objective: The objective of this study was to screen for FGF8 mutations in patients with septo-optic dysplasia (n = 374) or holoprosencephaly (HPE)/midline clefts (n = 47).Methods: FGF8 was analyzed by PCR and direct sequencing. Ethnically matched controls were then screened for mutated alleles (n = 480-686). Localization of Fgf8/FGF8 expression was analyzed by in situ hybridization in developing murine and human embryos. Finally, Fgf8 hypomorphic mice (Fgf8(loxPNeo/-)) were analyzed for the presence of forebrain and hypothalamo-pituitary defects.Results: A homozygous p.R189H mutation was identified in a female patient of consanguineous parentage with semilobar HPE, diabetes insipidus, and TSH and ACTH insufficiency. Second, a heterozygous p.Q216E mutation was identified in a female patient with an absent corpus callosum, hypoplastic optic nerves, and Moebius syndrome. FGF8 was expressed in the ventral diencephalon and anterior commissural plate but not in Rathke's pouch, strongly suggesting early onset hypothalamic and corpus callosal defects in these patients. This was consolidated by significantly reduced vasopressin and oxytocin staining neurons in the hypothalamus of Fgf8 hypomorphic mice compared with controls along with variable hypothalamo-pituitary defects and HPE.Conclusion: We implicate FGF8 in the etiology of recessive HPE and potentially septo-optic dysplasia/Moebius syndrome for the first time to our knowledge. Furthermore, FGF8 is important for the development of the ventral diencephalon, hypothalamus, and pituitary. (J Clin Endocrinol Metab 96: E1709-E1718, 2011)

Multisystem Langerhans' cell histiocytosis (Hand-Schüller-Christian disease) in an adult: a case report and review of the literature.

Langerhans' cell histiocytosis (LCH) is a rare and enigmatic clonal disorder that affects mainly children. It is characterized by single or multiple granulomatous mass lesions composed of cells with the Langerhans' cell phenotype. Clinical presentation and behavior are heterogeneous and can range from a solitary lytic bone lesion (i.e., eosinophilic granuloma) with a favorable course to a fatal disseminated leukaemia-like form, with a wide spectrum of intermediate clinical presentations between these two extremes. Although LCH typically involves the bone, lesions can be found in almost all organs. We are reporting the case of a multisystem LCH in a 47-year-old patient who presented with a panhypopituitarism and diabetes insipidus, and who, 5 years later, developed mandibular, mastoid and femoral lesions. The final diagnosis of LCH was made on mandibular biopsy.

Genotypic classification of patients with Wolfram syndrome: insights into the natural history of the disease and correlation with phenotype

Purpose: Wolfram syndrome is a degenerative, recessive rare disease with an onset in childhood. It is caused by mutations in WFS1 or CISD2 genes. More than 200 different variations in WFS1 have been described in patients with Wolfram syndrome, which complicates the establishment of clear genotype-phenotype correlation. The purpose of this study was to elucidate the role of WFS1 mutations and update the natural history of the disease. Methods: This study analyzed clinical and genetic data of 412 patients with Wolfram syndrome published in the last 15 years. Results: (i) 15% of published patients do not fulfill the current ­inclusion criterion; (ii) genotypic prevalence differences may exist among countries; (iii) diabetes mellitus and optic atrophy might not be the first two clinical features in some patients; (iv) mutations are nonuniformly distributed in WFS1; (v) age at onset of diabetes mellitus, hearing defects, and diabetes insipidus may depend on the patient"s genotypic class; and (vi) disease progression rate might depend on genotypic class. Conclusion: New genotype-phenotype correlations were established, disease progression rate for the general population and for the genotypic classes has been calculated, and new diagnostic criteria have been proposed. The conclusions raised could be important for patient management and counseling as well as for the development of treatments for Wolfram syndrome.

A novel polymorphism in the coding region of the vasopressin type 2 receptor gene

Nephrogenic diabetes insipidus (NDI) is a rare disease characterized by renal inability to respond properly to arginine vasopressin due to mutations in the vasopressin type 2 receptor (V2(R)) gene in affected kindreds. In most kindreds thus far reported, the mode of inheritance follows an X chromosome-linked recessive pattern although autosomal-dominant and autosomal-recessive modes of inheritance have also been described. Studies demonstrating mutations in the V2(R) gene in affected kindreds that modify the receptor structure, resulting in a dys- or nonfunctional receptor have been described, but phenotypically indistinguishable NDI patients with a structurally normal V2(R) gene have also been reported. In the present study, we analyzed exon 3 of the V2(R) gene in 20 unrelated individuals by direct sequencing. A C®T alteration in the third position of codon 331 (AGC®AGT), which did not alter the encoded amino acid, was found in nine individuals, including two unrelated patients with NDI. Taken together, these observations emphasize the molecular heterogeneity of a phenotypically homogeneous syndrome

Caractérisation et étude d'un élément régulateur du gène codant pour le récepteur à la vasopressine de type 2

Thèse réalisée en cotutelle avec l'Université Pierre et Marie Curie, Paris VI, France

Analyse fonctionnelle de deux nouvelles mutations récessives de l’AQP2 impliquées dans le diabète insipide néphrogénique par expression dans les ovocytes de Xenopus laevis

Le diabète insipide néphrogénique (DIN) autosomal peut être causé par les mutations du gène codant pour le canal à eau aquaporine-2 (AQP2). Un modèle couramment utilisé pour l’étude des protéines membranaires telle l’AQP2 est l’expression hétérologue dans les ovocytes de Xenopus laevis. Malheureusement, les techniques déjà existantes de purification de membranes plasmiques sont soit trop longues, trop difficiles ou demandent trop de matériel, ne permettent pas l’analyse adéquate du ciblage des formes sauvage comme mutantes, un élément crucial de ce type d’étude. Nous avons donc dans un premier temps mis au point une technique rapide et efficace de purification de membranes plasmiques qui combine la digestion partielle de la membrane vitelline, sa polymérisation à la membrane plasmique suivi de centrifugations à basse vitesse pour récolter les membranes purifiées. Nous avons utilisé cette technique dans l’étude de deux nouveaux cas familiaux de patients hétérozygotes possédant les mutations V24A et R187C dans un cas et K228E et R187C dans le second cas. Pour chaque mutation, nous avons analysé autant les éléments de fonctionnalité que les paramètres d’expression des protéines mutantes. Les expériences de perméabilité membranaire démontrent que les ovocytes exprimant AQP2-V24A (Pf = 16.3 ± 3.5 x 10-4 cm/s, 10 ng) et AQP2- K228E (Pf = 19.9 ± 7.0 x 10-4 cm/s, 10 ng) ont des activités similaires à celle exprimant la forme native (Pf = 14.4 ± 5.5 x 10-4 cm/s, 1 ng), tandis que AQP2- R187C (Pf = 2.6 ± 0.6 x 10-4 cm/s, 10 ng) ne semble avoir aucune activité comme ce qui est observé chez les ovocytes non-injectés (Pf = 2.8 ± 1.0 x 10-4 cm/s). Les études de co-expression ont démontré un effet d’additivité lorsque AQP2-V24A et -K228E sont injectées avec la forme native et un effet s’apparentant à la dominance négative lorsque AQP2-R187C est injecté avec la forme native, avec AQP2-V24A ou avec –K228E. Les résultats obtenus par immunobuvardage représente bien ce qui a été démontré précédemment, on remarque la présence des mutations K228E, V24A et la forme sauvage à la membrane plasmique, contrairement à la mutation R187C. Cependant, lorsque les mutations sont exprimées dans des cellules mIMCD-3, il n’y a qu’une faible expression à la membrane de la forme –K228E et une absence totale des formes –V24A et –R187C à la membrane plasmique, contrairement à la forme native. Les résultats de nos études démontrent que tout dépendant du système d’expression les formes –K228E et –V24A peuvent être utiles dans l’étude des problèmes d’adressage à la membrane à l’aide de chaperonne chimique. De plus, la forme –R187C démontre des difficultés d’adressage qui devront être étudiées afin de mieux comprendre la synthèse des formes natives.

Conséquences fonctionnelles de mutations affectant le récepteur de la vasopressine de type 2 et implications thérapeutiques

Le récepteur de la vasopressine de type 2 (V2R) joue un rôle crucial dans l’homéostasie hydrique. Exprimé principalement au niveau du rein, son activation par l’hormone antidiurétique arginine-vasopressine (AVP) favorise la réabsorption d’eau, participant ainsi à diminuer la diurèse. Plus de 200 mutations dans le gène du V2R ont été associées au diabète néphrogénique insipide congénital (DINc), une maladie causée par une perte de fonction du récepteur. À l’opposé, trois mutations découvertes récemment induisent un gain de fonction du V2R, et sont la cause du syndrome néphrogénique de l’anti-diurèse inappropriée (NSIAD). Les travaux de cette thèse visent à mieux comprendre les bases moléculaires responsables de la perte ou du gain de fonction des récepteurs mutants associés à ces deux maladies. Dans plus de 50% des cas, les mutations faux-sens affectent négativement l’adoption d’une conformation native par le V2R, provoquant la reconnaissance et la rétention intracellulaire des mutants par le système de contrôle de qualité du réticulum endoplasmique. Nos résultats ont démontré que l’interaction entre les récepteurs mutants et le chaperon moléculaire calnexine est dépendante de N-glycosylation et que sa durée varie en fonction de la mutation. De plus, l’importance de cette modification co-traductionnelle et des interactions lectines-sucres dans le processus de maturation d’un mutant donné s’est avérée une caractéristique intrinsèque, puisque l’absence de N-glycosylation n’a pas affecté le mutant Y128S (phénotype léger) tandis que la maturation du mutant W164S (phénotype sévère) a été totalement abolie. Nos résultats suggèrent aussi que l’action des chaperons pharmacologiques (CP), molécules favorisant la maturation des mutants du V2R, peut survenir à différentes étapes au cours du processus de maturation, selon le mutant réchappé. Ces différences entre muta nts suggèrent des processus biosynthétiques ‘personnalisés’ dictés par la nature de la mutation impliquée et pourraient expliquer la différence de sévérité des manifestations cliniques chez les patients porteurs de ces mutations. Bien qu’une récupération de fonction ait été obtenue pour les mutants Y128S et W164S par un traitement au CP, il n’en est pas de même pour toutes les mutations occasionnant un défaut conformationnel. C’est ce que nous avons démontré pour le mutant V88M, affligé de deux défauts, soit une faible efficacité de maturation combinée à une basse affinité pour l’AVP. Dans ce cas, et malgré une augmentation du nombre de récepteurs mutants la surface cellulaire, la diminution de l’affinité apparente du récepteur mutant pour l’AVP a été exacerbée par la présence résiduelle de CP à son site de liaison, rendant impossible l’activation du récepteur aux concentrations physiologiques d’AVP. Les mutants R137C et R137L ont une activité constitutive élevée et mènent au NSIAD tandis que la substitution de cette même arginine par une histidine (R137H) mène au DINc. Ces trois mutants se sont avéré partager plusieurs caractéristiques, dont une efficacité de maturation réduite et une désensibilisation spontanée élevée. La seule différence iden tifiée entre ces mutants est leur niveau d’activité constitutive. Le CP utilisé dans nos études possède aussi la propriété d’agoniste inverse, mais n’a pourtant pas diminué l’activité constitutive des mutants R137C/L, suggérant une conformation active ‘figée’. Seul l’effet chaperon a été observé, entraînant la hausse de récepteurs à la surface cellulaire, qui se traduit par une augmentation de la production de second messager. Nous avons par contre suggéré l’utilisation d’AVP puisqu’il favorise l’endocytose des récepteurs R137/L sans promouvoir leur activation, diminuant ainsi le nombre de récepteurs actifs à la surface cellulaire. Nous avons identifié la première mutation occasionnant un gain de fonction du V2R qui n’implique pas l’arginine 137. Le mutant F229V a une activité constitutive élevée et, contrairement aux R137C et R137L, il n’est pas sujet à une désensibilisation spontanée accrue. L’observation que des agonistes inverses sont aptes à inhiber l’activité constitutive de ce nouveau mutant est une découverte importante puisque l’insuccès obtenu avec les mutations précédentes suggérait que ces molécules n’étaient pas utiles pour le traitement du NSIAD. Considérés globalement, ces travaux illustrent le caractère particulier des formes mutantes du V2R et l’importance de bien cerner les conséquences fonctionnelles des mutations afin d’apporter aux patients atteints de DINc ou NSIAD une thérapie personnalisée, et de développer de nouveaux agents thérapeutiques adaptés aux besoins.

Caractérisation biochimique et fonctionnelle du mutant T179N de l’aquaporine-2 humaine

L’aquaporine-2 (AQP2) est le canal responsable de la réabsorption finale d’eau au niveau du tubule collecteur du rein. À la base, contenue dans des vésicules internes, l’AQP2 est acheminée à la membrane apicale des cellules principales du tubule collecteur suite à une stimulation par l’hormone antidiurétique (ADH). L’incapacité à accomplir cette fonction entraîne le diabète insipide néphrogénique (DIN), une maladie caractérisée par l’inhabileté du rein à concentrer l’urine, entraînant une production de volumes urinaires élevés. Alors que les mutations récessives génèrent des protéines mal structurées et incapables de former des tétramères, les mutations dominantes sont capables de s’associer à leurs homologues sauvages, engendrant ainsi un DIN même chez les patients hétérozygotes. Ce mémoire présente l’analyse biochimique et fonctionnelle d’une nouvelle mutation naturelle de l’AQP2, la mutation T179N, aussi responsable du DIN. Cette dernière est particulièrement intéressante de par son génotype qui implique un caractère dominant, et sa position extracellulaire habituellement réservée aux mutations récessives. Les études comparatives de T179N à deux modèles de mutation récessive et dominante démontrent, tant en ovocytes de Xenopus laevis qu’en lignée cellulaire mpkCCDc14, le caractère récessif de cette nouvelle mutation. Les tests d’immunobuvardage de lysats d’ovocytes en membranes totales et membranes plasmiques purifiées ont révélé que seule la forme sauvage atteint la membrane plasmique alors que le mutant T179N est séquestré dans la cellule. En accord avec ce résultat, les analyses de perméabilité fonctionnelle démontrent aussi une absence d’activité pour T179N. En cellule mpkCCDc14, le mutant T179N exprimé seul n’atteint pas la membrane plasmique suite à l’action de la forskoline, contrairement à la forme sauvage. Cependant, ce mutant peut s’associer à son homologue sauvage en coexpression tant dans les ovocytes qu’en lignée mpkCCDc14 sans toutefois engendrer l’effet typique de dominance négative. En fait, dans ce contexte de coexpression, on remarque une augmentation de la Pf de 83±7 % et une récupération d’adressage à la membrane plasmique en cellule (immunofluorescence). En conclusion, T179N serait un mutant récessif fonctionnellement récupérable lorsqu’en présence de l’AQP2 sauvage.