Colitis induced in mice with dextran sulfate sodium (DSS) is mediated by the NLRP3 inflammasome.

BACKGROUND: The proinflammatory cytokines interleukin 1beta (IL-1beta) and IL-18 are central players in the pathogenesis of inflammatory bowel disease (IBD). In response to a variety of microbial components and crystalline substances, both cytokines are processed via the caspase-1-activating multiprotein complex, the NLRP3 inflammasome. Here, the role of the NLRP3 inflammasome in experimental colitis induced by dextran sodium sulfate (DSS) was examined. METHODS: IL-1beta production in response to DSS was studied in macrophages of wild-type, caspase-1(-/-), NLRP3(-/-), ASC(-/-), cathepsin B(-/-) or cathepsin L(-/-) mice. Colitis was induced in C57BL/6 and NLRP3(-/-) mice by oral DSS administration. A clinical disease activity score was evaluated daily. Histological colitis severity and expression of cytokines were determined in colonic tissue. RESULTS: Macrophages incubated with DSS in vitro secreted high levels of IL-1beta in a caspase-1-dependent manner. IL-1beta secretion was abrogated in macrophages lacking NLRP3, ASC or caspase-1, indicating that DSS activates caspase-1 via the NLRP3 inflammasome. Moreover, IL-1beta secretion was dependent on phagocytosis, lysosomal maturation, cathepsin B and L, and reactive oxygen species (ROS). After oral administration of DSS, NLRP3(-/-) mice developed a less severe colitis than wild-type mice and produced lower levels of proinflammatory cytokines in colonic tissue. Pharmacological inhibition of caspase-1 with pralnacasan achieved a level of mucosal protection comparable with NLRP3 deficiency. CONCLUSIONS: The NLRP3 inflammasome was identified as a critical mechanism of intestinal inflammation in the DSS colitis model. The NLRP3 inflammasome may serve as a potential target for the development of novel therapeutics for patients with IBD.

Anesthesia of Biomphalaria spp. (Mollusca, Gastropoda): sodium pentobarbital is the drug of choice

The anesthetic effect of some water-soluble anesthesic or narcotic drugs currently used in mice was tested in molluscs of the Biomphalaria genus. Sodium thiopental was very toxic to the snails resulting in high rates of mortality in all the treatment schedules tested. Cetamine base, at concentration of 0.25 mg/ml of water, resulted in partial snail anesthesia (40% of snails were anesthetized) only after 20 h of exposition. The association of Cetamine base with Tiazine chloridrate did not improve the anesthesic effect, and higher concentrations of these drugs were toxic to the snails. Sodium pentobarbital at 0.4 mg/ml in water for 8 h was the best treatment schedule to anesthetize Biomphalaria snails. In this schedule, the snails were anesthetized without any toxic effect. The procedure provides a powerful tool for in vivo studies that demande a complete state of snail anesthesia.

Ca(2+) signaling by T-type Ca(2+) channels in neurons.

Among the major families of voltage-gated Ca(2+) channels, the low-voltage-activated channels formed by the Ca(v)3 subunits, referred to as T-type Ca(2+) channels, have recently gained increased interest in terms of the intracellular Ca(2+) signals generated upon their activation. Here, we provide an overview of recent reports documenting that T-type Ca(2+) channels act as an important Ca(2+) source in a wide range of neuronal cell types. The work is focused on T-type Ca(2+) channels in neurons, but refers to non-neuronal cells in cases where exemplary functions for Ca(2+) entering through T-type Ca(2+) channels have been described. Notably, Ca(2+) influx through T-type Ca(2+) channels is the predominant Ca(2+) source in several neuronal cell types and carries out specific signaling roles. We also emphasize that Ca(2+) signaling through T-type Ca(2+) channels occurs often in select subcellular compartments, is mediated through strategically co-localized targets, and is exploited for unique physiological functions.

Participation of connexin-based channels in the control of vascular function

SUMMARYIntercellular communication is achieved at specialized regions of the plasma membrane by gap junctions. The proteins constituting the gap junctions are called connexins and are encoded by a family of genes highly conserved during evolution. In adult mouse, four connexins (Cxs) are known to be expressed in the vasculature: Cx37, Cx40, Cx43 and Cx45. Several recent studies have provided evidences that vascular connexins expression and blood pressure regulation are closely linked, suggesting a role for connexins in the control of blood pressure. However, the precise function that each vascular connexin plays under physiological and pathophysiological conditions is still not elucidated. In this context, this work was dedicated to evaluate the contribution of each of the four vascular connexins in the control of the vascular function and in the blood pressure regulation.In the present work, we first demonstrated that vascular connexins are differently regulated by hypertension in the mouse aorta. We also observed that endothelial connexins play a regulatory role on eNOS expression levels and function in the aorta, therefore in the control of vascular tone. Then, we demonstrated that Cx40 plays a pivotal role in the kidney by regulating the renal levels of COX-2 and nNOS, two key enzymes of the macula densa known to participate in the control of renin secreting cells. We also found that Cx43 forms the functional gap junction involved in intercellular Ca2+ wave propagation between vascular smooth muscle cells. Finally, we have started to generate transgenic mice expressing specifically Cx40 in the endothelium to investigate the involvement of Cx40 in the vasomotor tone, or in the renin secreting cells to evaluate the role of Cx40 in the control of renin secretion.In conclusion, this work has allowed us to identify new roles for connexins in the vasculature. Our results suggest that vascular connexins could be interesting targets for new therapies caring hypertension and vascular diseases.

Characterization of Sm14 related components in different helminths by sodium dodecyl sulphate-polyacrylamide gel electrophoresis and Western blotting analysis

Sm14 was the first fatty acid-binding protein homologue identified in helminths. Thereafter, members of the same family were identified in several helminth species, with high aminoacid sequence homology between them. In addition, immune crossprotection was also reported against Fasciola hepatica infection, in animals previously immunized with the Schistosoma mansoni vaccine candidate, r-Sm14. In the present study, data on preliminary sodium dodecyl sulphate-polyacrylamide gel electrophoresis and Western blotting analysis of nine different helminth extracts focusing the identification of Sm14 related proteins, is reported. Out of these, three extracts - Ascaris suum (males and females), Echinostoma paraensei, and Taenia saginata - presented components that comigrated with Sm14 in SDS-PAGE, and that were recognized by anti-rSm14 policlonal serum, in Western blotting tests.

NF-kappaB inhibits sodium transport via down-regulation of SGK1 in renal collecting duct principal cells.

Tubulointerstitial inflammation is a common feature of renal diseases. We have investigated the relationship between inflammation and Na(+) transport in the collecting duct (CD) using the mCCD(cl1) and mpkCDD(cl4) principal cell models. Lipopolysaccharide (LPS) decreased basal and aldosterone-stimulated amiloride-sensitive transepithelial current in a time-dependent manner. This effect was associated with a decrease in serum and glucocorticoid-regulated kinase 1 (SGK1) mRNA and protein levels followed by a decrease in epithelial sodium channel (ENaC) alpha-subunit mRNA levels. The LPS-induced decrease in SGK1 expression was confirmed in isolated rat CD. This decreased expression of either SGK1 or the ENaC alpha-subunit was not due to enhanced degradation of mRNA. In contrast, LPS inhibited transcriptional activity of the SGK1 promoter measured by luciferase-reporter gene assay. The effect of LPS was not mediated by inhibition of mineralocorticoid or glucocorticoid receptor, because expression of both receptors was unchanged and blockade of either receptor by spironolactone or RU486, respectively, did not prevent the down-regulation of SGK1. The effect of LPS was mediated by the canonical NF-kappaB pathway, as overexpression of a constitutively active mutant, IKKbeta (inhibitor of nuclear factor kappaB kinase-beta) decreased SGK1 mRNA levels, and knockdown of p65 NF-kappaB subunit by small interfering RNA increased SGK1 mRNA levels. Chromatin immunoprecipitation showed that LPS increased p65 binding to two NF-kappaB sites along the SGK1 promoter. In conclusion, we show that activation of the NF-kappaB pathway down-regulates SGK1 expression, which might lead to decreased ENaC alpha-subunit expression, ultimately resulting in decreased Na(+) transport.

Plasma membrane cyclic nucleotide gated calcium channels control land plant thermal sensing and acquired thermotolerance.

Typically at dawn on a hot summer day, land plants need precise molecular thermometers to sense harmless increments in the ambient temperature to induce a timely heat shock response (HSR) and accumulate protective heat shock proteins in anticipation of harmful temperatures at mid-day. Here, we found that the cyclic nucleotide gated calcium channel (CNGC) CNGCb gene from Physcomitrella patens and its Arabidopsis thaliana ortholog CNGC2, encode a component of cyclic nucleotide gated Ca(2+) channels that act as the primary thermosensors of land plant cells. Disruption of CNGCb or CNGC2 produced a hyper-thermosensitive phenotype, giving rise to an HSR and acquired thermotolerance at significantly milder heat-priming treatments than in wild-type plants. In an aequorin-expressing moss, CNGCb loss-of-function caused a hyper-thermoresponsive Ca(2+) influx and altered Ca(2+) signaling. Patch clamp recordings on moss protoplasts showed the presence of three distinct thermoresponsive Ca(2+) channels in wild-type cells. Deletion of CNGCb led to a total absence of one and increased the open probability of the remaining two thermoresponsive Ca(2+) channels. Thus, CNGC2 and CNGCb are expected to form heteromeric Ca(2+) channels with other related CNGCs. These channels in the plasma membrane respond to increments in the ambient temperature by triggering an optimal HSR, leading to the onset of plant acquired thermotolerance.

Effect of sodium loading/depletion on renal oxygenation in young normotensive and hypertensive men

Rapport de synthèse:Le but de cette étude était d'investiguer pour la première fois chez l'homme l'effet du sodium alimentaire et de l'hypertension artérielle sur l'oxygénation tissulaire par une technique spéciale d'imagerie à résonance magnétique nommée 'BOLD-IRM' (Blood Oxygen Level Dependent-IRM). Le BOLD-IRM est une technique nouvelle qui permet de mesurer la bio disponibilité tissulaire d'oxygène de façon non-invasive chez l'homme, en utilisant le déoxyhémoglobine comme produit de contraste endogène.Le rational de cette étude était double. Premièrement, des changements dans l'apport sodique alimentaire devraient théoriquement influencer l'oxygénation tissulaire rénale, étant donné que la réabsorption tubulaire du sodium est un transport actif nécessitant de l'énergie et de l'oxygène. Deuxièmement, des études chez l'animal suggèrent une rôle possible de l'hypoxie tissulaire dans le développement de la néphropathie hypertensive.Nous avons déterminé l'oxygénation rénale avec le BOLD-IRM chez dix hommes normo tendus (âgés de 26.5±7.4 ans) et huit hommes hypertendus non-traités (âgés de 28.8±5.7 ans) une semaine après un régime riche en sel (>200 mmol/jour), et de nouveau une semaine après un régime pauvre en sel (<100 mmol/jour). En parallèle, nous avons mesuré la clearance de l'inuline, du p- aminohippurate (PAH) et du lithium endogène, afin de déterminer respectivement la filtration glomérulaire, le flux sanguin rénal et le 'renal sodium handling', tous des paramètres ayant la capacité d'influencer la consommation et/ou la disponibilité d'oxygène tissulaire. Nous nous attendions d'une côté à une oxygénation rénale diminuée chez les sujets hypertendus par rapport aux sujets normo tendus, et d'une autre côté à une augmentation de l'oxygénation tissulaire rénale après une semaine de régime pauvre en sel par rapport à la phase d'un régime riche en sel.Nous retenons comme résultat principal une augmentation de l'oxygénation rénale médullaire suite à une restriction sodique par rapport à un régime riche en sel chez tous les participants (normo-et hypertendus). Chez les participants normotendus ces changements correlaient avec des changements dans le transport actif du sodium, et ceci indépendamment du flux sanguin rénal. Contrairement à ce qu'on attendait, l'oxygénation rénale médullaire était plus élevé chez les sujets hypertendus par rapport aux sujets normotendus.En résumé, ces observations offrent possiblement une explication pour les bénéfices rénaux liés à un régime pauvre en sel. En plus, la combinaison d'études de clearance et le BOLD- IRM comme utilisé dans cette étude se sont révélés un outil performant et prometteur qui peut stimuler la recherche dans ce domaine.

Independent relations of left ventricular structure with the 24-hour urinary excretion of sodium and aldosterone.

Previous studies reported on the association of left ventricular mass index (LVMI) with urinary sodium or with circulating or urinary aldosterone. We investigated the independent associations of LVMI with the urinary excretion of both sodium and aldosterone. We randomly recruited 317 untreated subjects from a white population (45.1% women; mean age 48.2 years). Measurements included echocardiographic left ventricular (LV) properties, the 24-hour urinary excretion of sodium and aldosterone, plasma renin activity (PRA), and proximal (RNa(prox)) and distal (RNa(dist)) renal sodium reabsorption, assessed from the endogenous lithium clearance. In multivariable-adjusted models, we expressed changes in LVMI per 1-SD increase in the explanatory variables, while accounting for sex, age, systolic blood pressure, and the waist-to-hip ratio. LVMI increased independently with the urinary excretion of both sodium (+2.48 g/m(2); P=0.005) and aldosterone (+2.63 g/m(2); P=0.004). Higher sodium excretion was associated with increased mean wall thickness (MWT: +0.126 mm, P=0.054), but with no change in LV end-diastolic diameter (LVID: +0.12 mm, P=0.64). In contrast, higher aldosterone excretion was associated with higher LVID (+0.54 mm; P=0.017), but with no change in MWT (+0.070 mm; P=0.28). Higher RNa(dist) was associated with lower relative wall thickness (-0.81x10(-2), P=0.017), because of opposite trends in LVID (+0.33 mm; P=0.13) and MWT (-0.130 mm; P=0.040). LVMI was not associated with PRA or RNa(prox.) In conclusion, LVMI independently increased with both urinary sodium and aldosterone excretion. Increased MWT explained the association of LVMI with urinary sodium and increased LVID the association of LVMI with urinary aldosterone.

A novel neutrophil elastase inhibitor prevents elastase activation and surface cleavage of the epithelial sodium channel expressed in Xenopus laevis oocytes.

The amiloride-sensitive epithelial sodium channel (ENaC) constitutes a limiting step in sodium reabsorption across distal airway epithelium and controlling mucociliary clearance. ENaC is activated by serine proteases secreted in the extracellular milieu. In cystic fibrosis lungs, high concentrations of secreted neutrophil elastase (NE) are observed. hNE could activate ENaC and contribute to further decreased mucociliary clearance. The aims of this study were (i) to test the ability of an engineered human neutrophil elastase inhibitor (EPI-hNE4) to specifically inhibit the elastase activation of ENaC-mediated amiloride-sensitive currents (I(Na)) and (ii) to examine the effect of elastase on cell surface expression of ENaC and its cleavage pattern (exogenous proteolysis). Oocytes were exposed to hNE (10-100 microg/ml) and/or trypsin (10 microg/ml) for 2-5 min in the presence or absence of EPI-hNE4 (0.7 microm). hNE activated I(Na) 3.6-fold (p < 0.001) relative to non-treated hENaC-injected oocytes. EPI-hNE4 fully inhibited hNE-activated I(Na) but had no effect on trypsin- or prostasin-activated I(Na). The co-activation of I(Na) by hNE and trypsin was not additive. Biotinylation experiments revealed that cell surface gamma ENaC (but not alpha or beta ENaC) exposed to hNE for 2 min was cleaved (as a 67-kDa fragment) and correlated with increased I(Na). The elastase-induced exogenous proteolysis pattern is distinct from the endogenous proteolysis pattern induced upon preferential assembly, suggesting a causal relationship between gamma ENaC cleavage and ENaC activation, taking place at the plasma membrane.

Genetic male infertility and mutation of CATSPER ion channels.

A clinically significant proportion of couples experience difficulty in conceiving a child. In about half of these cases male infertility is the cause and often genetic factors are involved. Despite advances in clinical diagnostics ∼50% of male infertility cases remain idiopathic. Based on this, further analysis of infertile males is required to identify new genetic factors involved in male infertility. This review focuses on cation channel of sperm (CATSPER)-related male infertility. It is based on PubMed literature searches using the keywords 'CATSPER', 'male infertility', 'male contraception', 'immunocontraception' and 'pharmacologic contraception' (publication dates from January 1979 to December 2009). Previously, contiguous gene deletions including the CATSPER2 gene implicated the sperm-specific CATSPER channel in syndromic male infertility (SMI). Recently, we identified insertion mutations of the CATSPER1 gene in families with recessively inherited nonsyndromic male infertility (NSMI). The CATSPER channel therefore represents a novel human male fertility factor. In this review we summarize the genetic and clinical data showing the role of CATSPER mutation in human forms of NSMI and SMI. In addition, we discuss clinical management and therapeutic options for these patients. Finally, we describe how the CATSPER channel could be used as a target for development of a male contraceptive.

A key role of TRPC channels in the regulation of electromechanical activity of the developing heart.

Aims It is well established that dysfunction of voltage-dependent ion channels results in arrhythmias and conduction disturbances in the foetal and adult heart. However, the involvement of voltage-insensitive cationic TRPC (transient receptor potential canonical) channels remains unclear. We assessed the hypothesis that TRPC channels play a crucial role in the spontaneous activity of the developing heart.Methods and results TRPC isoforms were investigated in isolated hearts obtained from 4-day-old chick embryos. Using RT-PCR, western blotting and co-immunoprecipitation, we report for the first time that TRPC1, 3, 4, 5, 6, and 7 isoforms are expressed at the mRNA and protein levels and that they can form a macromolecular complex with the alpha 1C subunit of the L-type voltage-gated calcium channel (Cav1.2) in atria and ventricle. Using ex vivo electrocardiograms, electrograms of isolated atria and ventricle and ventricular mechanograms, we found that inhibition of TRPC channels by SKF-96365 leads to negative chrono-, dromo-, and inotropic effects, prolongs the QT interval, and provokes first-and second-degree atrioventricular blocks. Pyr3, a specific antagonist of TRPC3, affected essentially atrioventricular conduction. On the other hand, specific blockade of the L-type calcium channel with nifedipine rapidly stopped ventricular contractile activity without affecting rhythmic electrical activity.Conclusions These results give new insights into the key role that TRPC channels, via interaction with the Cav1.2 channel, play in regulation of cardiac pacemaking, conduction, ventricular activity, and contractility during cardiogenesis.

Role of the epithelial sodium channel (ENaC) and its positive regulator, the channel-activating protease 1 (CAP1) in skin

Summary: The mammalian epidermis is a pluristratified epithelium composed of 90% keratinocytes, and its main function is to serve as barrier for the body. The epithelial sodium channel (ENaC), formed by three homologous subunits α, β and γ is found in a variety of epithelia including epidermis. Previous studies showed that ENaC modulates different aspects of epidermal differentiation, such as synthesis of differentiation-specific proteins and lipid secretion. ENaC plays also a critical role in sodium homeostasis of renal and pulmonary epithelia, and its activity is thereby well controlled by hormones and non-hormonal factors, such as the serine protease CAP1 (channel-activating protease 1), also termed prostasin encoded by Prss8 gene. Serine proteases are proteolytic enzymes involved in numerous physiological and pathological processes in the epidermis. In order to evaluate the role of β and γENaC in epidermis, we analyzed the skin phenotype of β and γENaC null mutant (βENaC-/- and γENaC-/-) mice in comparison with the phenotype of αENaC-deficient mice. Furthermore, keratin14-specific CAP1-deficient mice (Prss8lox/Δ /K14-Cre) were generated in order to unveil the role of the serine protease CAP1 in epidermal development and function. This study reveals that the skin phenotype of βENaC and γENaC null mutant mice is less severe than the one of αENaC-deficient mice. However, all these mice present a common premature lipid secretion in the mid-granular layer of the epidermis. Further, the composition of the lipids of the stratum corneum in αENaC-deficient mice is strongly altered, suggesting that epidermal barrier function is compromised. K14-specific CAP1-deficient newborn mice are born at the expected Mendelian ratio, but die soon after birth, showing that CAP1 is required for postnatal survival. The epidermis of these mice exhibits striking malformations of the stratum corneum showing hyperkeratosis. These defects seriously affect both inward and outward epidermal barrier function, leading to rapid and fatal dehydration. As in αENaC-deficient mice, the lipid composition of the stratum corneum of K14-specific CAP1-deficient mice is disturbed. Furthermore, lack of CAP1 leads to the selective loss of filaggrin monomers, important for keratins aggregation and skin moisturization, and to an increased of aberrant profilaggrin precursors. In conclusion, both ENaC and CAP1 expression in the epidermis are crucial for keratinocyte differentiation processes and/or barrier function. Since the abnormalities in K14-specific CAP1-deficient mice resemble key features of human skin ichthyosis, in particular Harlequin ichthyosis, the study of ENaC and CAP1 mutant mice might allow new insights into mechanisms underlying skin diseases. Résumé: L'épiderme des mammifères est un épithélium pluristratifié, protégeant le corps contre les perturbations extérieures et la déshydratation. Le canal épithélial à sodium (ENaC), formé de trois sous-unités α, β et γ, est exprimé dans de nombreux épithélia, comme l'épiderme. Des études ont montré que l'absence de la sous-unité αENaC modulait différents aspects de la différenciation des kératinocytes de l'épiderme, comme la synthèse de protéines spécifiques ou la sécrétion de lipides dans la couche granulaire de l'épiderme. ENaC joue également un rôle crucial dans l'homéostasie du sodium dans les épithélia électriquement étanches, comme l'épithélium rénal ou pulmonaire. L'activité de ENaC est par conséquent finement régulée, en partie par des hormones, mais aussi par des facteurs non-hormonaux, telle que la sérine protéase CAP1 (« channel-activating protease 1 >>) (nommée également prostasine et codée par le gène Prss8). Le but de ce travail a donc été d'étudier le rôle des sous-unités β et γENaC dans l'épiderme en comparaison avec celui de la sous-unité α en utilisant des souris mutantes βENaC-/- et γENaC-/-. Dans un deuxième temps, le phénotype d'une souris chez qui CAP1 a été spécifiquement invalidé dans l'épiderme (Prsslox/Δ/K14-Cre) a été analysé, dans le but de mettre en évidence le rôle de cette protéase dans l'épiderme. Comme déjà montré pour les souris αENaC-/-, la sécrétion des lipides dans la couche granulaire de l'épiderme des souris βENaC-/- et γENaC-/- est prématurée. Cependant, l'hyperplasie et l'expression anormale des protéines marqueurs de la différenciation présents chez les souris αENaC-/- n'ont pas été observés dans l'épiderme des souris βENaC-/- et γENaC-/-. La composition lipidique de la couche cornée des souris αENaC-/- est fortement altérée suggérant que la fonction de barrière de l'épiderme de ces souris est compromise. Les souris mutantes CAP1 ont quant à elles révélé des malformations sévères de leur couche cornée, affectant la fonction de barrière de leur épiderme et conduisant à la mort de ces souris par déshydratation quelques jours après leur naissance. De plus, la composition en lipides de la couche cornée ainsi que la taille des cellules cornées, les cornéocytes, de ces souris sont modifiées par rapport aux souris contrôles. L'invalidation de la protéine CAP1 dans l'épiderme conduit aussi à la perte de la filaggrine, une protéine cruciale pour l'agrégation des kératines dans la couche cornée et le maintien du niveau d'hydratation de la peau, et à l'accumulation de ses précurseurs. En conclusion, l'expression de ENaC et de CAP1 est cruciale pour la différenciation de l'épiderme et/ou sa fonction de barrière. De plus, le phénotype des souris mutantes CAP1 présente des caractéristiques qui ressemblent à celles observées dans certaines pathologies humaines cutanées, comme l'ichthyose d'Harlequin. L'étude des souris mutantes ENaC et CAP1 pourrait donc apporter de nouvelles connaissances dans les mécanismes impliqués dans l'ichthyose d'Harlequin ou d'autres maladies de la peau chez l'homme. Résumé tout public: La peau est le plus grand organe vital du corps humain. Sa fonction principale est de protéger le corps comme une barrière, contre les agressions extérieures et la déshydratation. De nombreuses maladies de la peau résultent d'une perte de fonction de cette barrière. Bien que les pathologies cutanées soient très bien décrites, leur cause génétique n'est en général pas encore connue. La souris est alors un modèle de choix pour la recherche fondamentale. En effet, grâce aux progrès récents de la science, le génome de la souris peut aujourd'hui être modifié dans le but d'étudier le rôle de nombreuses protéines. Dans différents organes, comme le rein et le poumon, le canal épithélial à sodium (ENaC), composé de trois sous-unités protéiques homologues (α, β, et γ), joue un rôle essentiel dans la réabsorption du sodium. L'activité de ENaC est régulée par de nombreux facteurs hormonaux et non-hormonaux, telle que la protéase CAP1 (« channel-activating protease 1 »). L'invalidation de la sous-unité αENaC chez la souris a permis de montrer que dans la peau, le canal ENaC est impliqué dans la différenciation des cellules de l'épiderme et la croissance des poils. Durant ce travail, le phénotype des souris chez qui la protéine βENaC, γENaC ou CAP1 a été invalidée (souris mutantes), a été étudié dans le but de mieux comprendre le rôle des sous-unités du canal ENaC et de son régulateur CAP1 dans la peau. Les résultats de ce projet ont montré que les souris mutantes βENaC et γENaC présentent un épiderme anormal avec une synthèse prématurée de lipides dans la couche granulaire, suggérant l'implication de ENaC dans la fonction de barrière de la peau. De plus, quand CAP1 est invalidé de manière totale chez les souris, le développement embryonnaire est perturbé et ces souris meurent avant la naissance. CAP1 a donc été invalidé spécifiquement dans l'épiderme des souris. Ces souris mutantes « épiderme-spécifique » naissent normalement, mais meurent peu après la naissance de déshydratation. La couche superficielle de l'épiderme, appelée couche cornée, de ces souris est malformée et ne confère plus à la peau sa fonction de barrière. De plus, les composants de la couche cornée, les cellules cornées entourées de lipides, sont sévèrement altérés. Le phénotype de ces souris ressemble aux caractéristiques présentes chez les patients atteints d'ichthyoses, en particulier l'ichthyose d'Harlequin. En conclusion, le canal ENaC ainsi que son régulateur CAP1 jouent un rôle clé dans les processus de différenciation de l'épiderme et/ou de sa fonction de barrière. De plus, les souris mutantes pour CAP1 et ENaC se révéleront peut-être comme des modèles appropriés dans l'étude de l'ichthyose d'Harlequin ou d'autres maladies cutanées.

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.