Effects of a dual inhibitor of angiotensin converting enzyme and neutral endopeptidase, MDL 100,240, on endocrine and renal functions in healthy volunteers.

OBJECTIVE: To investigate the endocrine and renal effects of the dual inhibitor of angiotensin converting enzyme and neutral endopeptidase, MDL 100,240. DESIGN: A randomized, placebo-controlled, crossover study was performed in 12 healthy volunteers. METHODS: MDL 100,240 was administered intravenously over 20 min at single doses of 6.25 and 25 mg in subjects with a sodium intake of 280 (n = 6) or 80 (n = 6) mmol/day. Measurements were taken of supine and standing blood pressure, plasma angiotensin converting enzyme activity, angiotensin II, atrial natriuretic peptide, urinary atrial natriuretic peptide and cyclic GMP excretion, effective renal plasma flow and the glomerular filtration rate as p-aminohippurate and inulin clearances, electrolytes and segmental tubular function by endogenous lithium clearance. RESULTS: Supine systolic blood pressure was consistently decreased by MDL 100,240, particularly after the high dose and during the low-salt intake. Diastolic blood pressure and heart rate did not change. Plasma angiotensin converting enzyme activity decreased rapidly and dose-dependently. In both the high- and the low-salt treatment groups, plasma angiotensin II levels fell and renin activity rose accordingly, while plasma atrial natriuretic peptide levels remained unchanged. In contrast, urinary atrial natriuretic peptide excretion increased dose-dependently under both diets, as did urinary cyclic GMP excretion. Effective renal plasma flow and the glomerular filtration rate did not change. The urinary flow rate increased markedly during the first 2 h following administration of either dose of MDL 100,240 (P < 0.001) and, similarly, sodium excretion tended to increase from 0 to 4 h after the dose (P = 0.07). Potassium excretion remained stable. Proximal and distal fractional sodium reabsorption were not significantly altered by the treatment. Uric acid excretion was increased. The safety and clinical tolerance of MDL 100,240 were good. CONCLUSIONS: The increased fall in blood pressure in normal volunteers together with the preservation of renal hemodynamics and the increased urinary volume, atrial natriuretic peptide and cyclic GMP excretion distinguish MDL 100,240 as a double-enzyme inhibitor from inhibitors of the angiotensin converting enzyme alone. The differences appear to be due, at least in part, to increased renal exposure to atrial natriuretic peptide following neutral endopeptidase blockade.

Association of CYP3A5 genotypes with blood pressure and renal function in African families.

OBJECTIVE: Renal cytochrome P450 3A5 (CYP3A5) activity has been associated with blood pressure and salt sensitivity in humans. We determined whether CYP3A5 polymorphisms are associated with ambulatory blood pressure (ABP) and with glomerular filtration rate (GFR) in African families. METHODS: Using a cross-sectional design, 375 individuals from 72 families, each with at least two hypertensive siblings, were recruited through a hypertension register in the Seychelles (Indian Ocean). We analyzed the association between the CYP3A5 alleles (*1, *3, *6 and *7) and ABP, GFR and renal sodium handling (fractional excretion of lithium), from pedigree data, allowing for other covariates and familial correlations. RESULTS: CYP3A5*1 carriers increased their daytime systolic and diastolic ABP with age (0.55 and 0.23 mmHg/year) more than non-carriers (0.21 and 0.04 mmHg/year). CYP3A5*1 had a significant main effect on daytime systolic/diastolic ABP [regression coefficient (SE): -29.6 (10.0)/-8.2 (4.1) mmHg, P = 0.003/0.045, respectively] and this effect was modified by age (CYP3A5*1 x age interactions, P = 0.017/0.018). For night-time ABP, the effect of CYP3A5*1 was modified by urinary sodium excretion, not by age. For renal function, CYP3A5*1 carriers had a 7.6(3.8) ml/min lower GFR (P = 0.045) than non-carriers. Proximal sodium reabsorption decreased with age in non-carriers, but not in CYP3A5*1 carriers (P for interaction = 0.02). CONCLUSIONS: These data demonstrate that CYP3A5 polymorphisms are associated with ambulatory BP, CYP3A5*1 carriers showing a higher age- and sodium- related increase in ABP than non-carriers. The age effect may be due, in part, to the action of CYP3A5 on renal sodium handling.

Angiotensinergic innervation of the kidney: Localization and relationship with catecholaminergic postganglionic and sensory nerve fibers.

We describe an angiotensin (Ang) II-containing innervation of the kidney. Cryosections of rat, pig and human kidneys were investigated for the presence of Ang II-containing nerve fibers using a mouse monoclonal antibody against Ang II (4B3). Co-staining was performed with antibodies against synaptophysin, tyrosine 3-hydroxylase, and dopamine beta-hydroxylase to detect catecholaminergic efferent fibers and against calcitonin gene-related peptide to detect sensory fibers. Tagged secondary antibodies and confocal light or laser scanning microscopy were used for immunofluorescence detection. Ang II-containing nerve fibers were densely present in the renal pelvis, the subepithelial layer of the urothelium, the arterial nervous plexus, and the peritubular interstitium of the cortex and outer medulla. They were infrequent in central veins and the renal capsule and absent within glomeruli and the renal papilla. Ang II-positive fibers represented phenotypic subgroups of catecholaminergic postganglionic or sensory fibers with different morphology and intrarenal distribution compared to their Ang II-negative counterparts. The Ang II-positive postganglionic fibers were thicker, produced typically fusiform varicosities and preferentially innervated the outer medulla and periglomerular arterioles. Ang II-negative sensory fibers were highly varicose, prevailing in the pelvis and scarce in the renal periphery compared to the rarely varicose Ang II-positive fibers. Neurons within renal microganglia displayed angiotensinergic, cate-cholaminergic, or combined phenotypes. Our results suggest that autonomic fibers may be an independent source of intrarenal Ang II acting as a neuropeptide co-transmitter or neuromodulator. The angiotensinergic renal innervation may play a distinct role in the neuronal control of renal sodium reabsorption, vasomotion and renin secretion.

CYP3A5 and ABCB1 genes influence blood pressure and response to treatment, and their effect is modified by salt.

The permeability-glycoprotein efflux-transporter encoded by the multidrug resistance 1 (ABCB1) gene and the cytochromes P450 3A4/5 encoded by the CYP3A4/5 genes are known to interact in the transport and metabolism of many drugs. Recent data have shown that the CYP3A5 genotypes influence blood pressure and that permeability-glycoprotein activity might influence the activity of the renin-angiotensin system. Hence, these 2 genes may contribute to blood pressure regulation in humans. We analyzed the association of variants of the ABCB1 and CYP3A5 genes with ambulatory blood pressure, plasma renin activity, plasma aldosterone, endogenous lithium clearance, and blood pressure response to treatment in 72 families (373 individuals; 55% women; mean age: 46 years) of East African descent. The ABCB1 and CYP3A5 genes interact with urinary sodium excretion in their effect on ambulatory blood pressure (daytime systolic: P=0.05; nighttime systolic and diastolic: P<0.01), suggesting a gene-gene-environment interaction. The combined action of these genes is also associated with postproximal tubular sodium reabsorption, plasma renin activity, plasma aldosterone, and with an altered blood pressure response to the angiotensin-converting enzyme inhibitor lisinopril (P<0.05). This is the first reported association of the ABCB1 gene with blood pressure in humans and demonstration that genes encoding for proteins metabolizing and transporting drugs and endogenous substrates contribute to blood pressure regulation.

Effects of the peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR)-gamma agonist pioglitazone on renal and hormonal responses to salt in diabetic and hypertensive individuals.

Aims/Hypothesis: Glitazones are powerful insulin sensitisers prescribed for the treatment of type 2 diabetes. Their use is, however, associated with fluid retention and an increased risk of congestive heart failure. We previously demonstrated that pioglitazone increases proximal sodium reabsorption in healthy volunteers. This study examines the effects of pioglitazone on renal sodium handling in individuals prone to insulin resistance, i.e. those with diabetes and/or hypertension. Methods: In this double-blind randomised placebo-controlled four-way crossover study, we examined the effects of pioglitazone (45 mg daily during 6 weeks) or placebo on renal, systemic and hormonal responses to changes in sodium intake in 16 individuals, eight with type 2 diabetes and eight with hypertension. Results: Pioglitazone was associated with a rapid increase in body weight and an increase in diurnal proximal sodium reabsorption, without any change in renal haemodynamics or in the modulation of the renin-angiotensin aldosterone system to changes in salt intake. A compensatory increase in brain natriuretic peptide levels was observed. In spite of sodium retention, pioglitazone dissociated the blood-pressure response to salt and abolished salt sensitivity in salt-sensitive individuals. Conclusions/Interpretation: Pioglitazone increases diurnal proximal sodium retention in diabetic and hypertensive individuals. These effects cause fluid retention and may contribute to the increased incidence of congestive heart failure with glitazones.

Analyse fonctionnelle et moléculaire d'un nouveau gène (VIT32) impliqué dans le mécanisme d'action de la vasopressine

Résumé Les mécanismes de régulation de la réabsorption fine du sodium dans la partie distale (tube distal et tube collecteur) du néphron ont un rôle essentiel dans le maintien de l'homéostasie de la composition ionique et du volume des fluides extracellulaires. Ces mécanismes permettent le maintien de la pression sanguine. Dans la cellule principale du tube collecteur cortical (CCD), le taux de réabsorption de sodium dépend essentiellement de l'activité du canal épithélial à sodium (ENaC) à la membrane apicale et de la pompe sodium-potassium-adénosine-triphosphatase (Na+-K±ATPase) à la membrane basolatérale. L'activité de ces deux molécules de transport est en partie régulée par des hormones dont l'aldostérone, la vasopressine et l'insuline. Dans les cellules principales de CCD, la vasopressine régule le transport de sodium en deux étapes : une étape précoce dite « non-génomique » et une étape tardive dite « génotnique ». Durant l'étape précoce, la vasopressine régule l'expression de gènes, dont certains peuvent être impliqués dans le transport de sodium, comme ENaC et la Na+ -K+ATP ase. Le but de mon travail a été d'étudier l'implication d'une protéine appelée VIP32 (vasopressin induced protein : VIP) dans le transport de sodium. L'expression de VIP32 est augmentée par la vasopressine dans les cellules principales de CCD. Dans l'ovocyte de Xenopus laevis utilisé comme système d'expression hétérologue, nous avons montré que l'expression de VIP32 provoque la maturation méiotique de l'ovocyte par l'activation de la voie des MAPK (mitogen-activated protein kinase : MAPK) et du facteur de promotion méiotique (MPF). La co-expression d'ENaC et de VIP32 diminue l'activité d'ENaC de façon sélective, par l'activation de la voie des MAPK, sans affecter l'expression du canal à la surface membranaire. Nous avons également montré que la régulation de l'activité d'ENaC par la voie des MAPK est dépendante du mécanisme de régulation d'ENaC lié à un motif du canal appelé PY. Ce motif est impliqué dans le contrôle de la probabilité d'ouverture ainsi que l'expression à la surface membranaire d'ENaC. Dans les cellules principales, VIP32 par l'activation de la voie des MAPK peut être impliqué dans la régulation négative du transport transépithélial qui a lieu après plusieurs heures de traitement à la vasopressine. Le tube collecteur de reins normaux présente un taux basal significatif d'activité de la voie MAPK MEK1/2-ERK1/2. Dans la lignée mpkCCDc14 de cellules principales de CCD de souris, que nous avons utilisé pour cette partie du travail, nous avons montré la présence d'un taux basal d'activité d'ERK1/2 (pERK1/2). L'aldostérone et la vasopressine, connus pour stimuler le courant sodique transépithélial dans le CCD, ne changeaient pas le taux basal de pERK1/2. Le transport de sodium transépithélial basal, ou stimulé par l'aldostérone ou la vasopressine est diminué par l'effet de PD98059, un inhibiteur de MEK1/2 qui diminue parallèlement le taux de pERK1/2. Nous avons également montré dans des cellules non stimulées, ou stimulées par de l'aldostérone ou de la vasopressine, que l'activité de la Na+-K+ ATPase, mais pas celle d'ENaC est inhibée par des traitements avec différents inhibiteurs de MEK1/2. Par un marquage de la Na±-K+ATPase à la surface membranaire nous avons montré que la voie d'ERK1/2 contrôle l'activité intrinsèque de la Na+-K+ ATPase, plutôt que son expression à la surface membranaire. Ces données ont montré que l'activité de la Na+-K+ATPase et le transport transépithélial de sodium sont contrôlés par l'activité basal et constitutive de la voie d'ERK1/2. Summary The regulation of sodium reabsorption in the distal nephron (distal tubule and cortical collecting duct) in the kidney plays an essential role in the control of extracellular fluids composition and volume, and thereby blood pressure. In the principal cell of the collecting duct (CCD), the level of sodium reabsorption mainlly depends on the activity of both epithlial sodium channel (ENaC) and sodium-potassium-adenosine-triphosphatase (Na+-K+ATPase). The activity of these two transporters is regulated by hormones especially aldosterone, vasopressin and insuline.In the principal cell of the CCD, vasopressin regulates sodium transport via a short-term effect and a late genomic effect. During the genomic effect vasopressin activates a complex network of vasopressin-dependent genes involved in the regulation of sodium transport as ENaC and Na+-K+ATPase. We were interested in the role of a recently identified vasopressin induced protein (VIP32) and its implication in the regulation of sodium transport in principal cell of the CCD. The Xenopus oocyte expression system revealed two functions : expressed alone VIP32 rapidly induces oocyte meiotic maturation through the activation of the mitogen-activated protein kinase (MAPK) pathway and the meiotic promoting factor and when co-expressed with ENaC, V1P32 selectively dowrn-egulates channel activity, but not channel cell surface expression. We have shown that the ENaC downregulation mediated by the activation of the MAPK pathway is related to the PY motif of ENaC. This motif is implicated in ENaC cell surface expression and open probability regulation. In the kidney principal cell, VIP32 through the activation of MAPK pathway may be involved in the downregulation of transepithelial sodium transport observed within a few hours after vasopressin treatment. The collecting duct of normal kidney exhibits significant activity of the MEK1/2-ERK1/2 MAPK pathway. Using in vitro cultured mpkCCDc14 principal cells we have shown a significant basal level of ERK1/2 activity (pERK1/2). Aldosterone and vasopressin, known to upregulate sodium reabsorption in CCDs, did not change ERK1/2 activity. Basal and aldosterone- or vasopressin-stimulated sodium transport were downregulated by the MEK1/2 inhibitor PD98059 in parallel with a decrease in pERK1/2 in vitro. The activity of Na+-K+ATPase but not that of ENaC was inhibited by MEK1/2 inhibitors in both, unstimulated and aldosterone- or vasopressin-stimulated CCDs in vitro. Cell surface labelling showed that intrinsic activity rather than cell surface expression of Na+-K+ATPase was controlled by pERK1/2. Our data demonstrate that basal constitutive activity of ERK1/2 pathway controls Na+-K+ATPase activity and transepithelial sodium transport in the principal cell. Résumé tout public Les mécanismes de régulation de la réabsorption fine du sodium dans la partie distale du néphron (l'unité fonctionnelle du rein) ont un rôle essentiel dans le maintien de l'homéostasie de la composition et du volume des fluides extracellulaires. Ces mécanismes permettent de maintenir une pression sanguine effective. Dans les cellules principales du tube collecteur, une région spécifique du néphron distal, le transport de sodium dépend essentiellement de l'activité de deux transporteurs de sodium : le canal épithélial à sodium (ENaC) et la pompe sodium-potassium-adénosine-triphosphatase (Na+-K+ATPase). Afin de répondre aux besoins de l'organisme, l'activité de ces deux molécules de transport est en partie régulée par des hormones dont l'aldostérone, la vasopressine et l'insuline. Dans les cellules principales du tube collecteur, la vasopressine régule le transport de sodium en deux étapes : une étape rapide et une étape lente dite « génomique ». Durant l'étape lente, la vasopressine régule l'expression de gènes pouvant être impliqués dans le transport de sodium, dont notamment ceux d'ENaC et de la Na+-K+ATPase. Parmi les gènes dont l'expression est augmentée par la vasopressine, celui de VIP32 (vasopressin induced protein : VIP) fait l'objet de cette étude. Le but de mon travail a été d'étudier, dans un système d'expression hétérologue (l'ovocyte de Xenopus leavis), l'implication de VIP32 dans le transport de sodium. Nous avons montré que VIP32 est capable d'activer un mécanisme moléculaire en cascade appelé MAPK (mitogen-activated protein kinase : MAPK) et est aussi capable de diminuer l'activité d'ENaC. Parallèlement, dans une lignée de cellules principales de tube collecteur les mpkCCDc14, nous avons montré que le taux basal d'activité de la cascade MAPK est capable de réguler l'activité de la Na+-K+ATPase, tandis qu'il n'influence pas l'activité d'ENaC.

Effects of the peroxisomal proliferator-activated receptor-gamma agonist pioglitazone on renal and hormonal responses to salt in healthy men.

Glitazones are used in the treatment of type 2 diabetes as efficient insulin sensitizers. They can, however, induce peripheral edema through an unknown mechanism in up to 18% of cases. In this double-blind, randomized, placebo-controlled, four-way, cross-over study, we examined the effects of a 6-wk administration of pioglitazone (45 mg daily) or placebo on the blood pressure, hormonal, and renal hemodynamic and tubular responses to a low (LS) and a high (HS) sodium diet in healthy volunteers. Pioglitazone had no effect on the systemic and renal hemodynamic responses to salt, except for an increase in daytime heart rate. Urinary sodium excretion and lithium clearance were lower with pioglitazone, particularly with the LS diet (P < 0.05), suggesting increased sodium reabsorption at the proximal tubule. Pioglitazone significantly increased plasma renin activity with the LS (P = 0.02) and HS (P = 0.03) diets. Similar trends were observed with aldosterone. Atrial natriuretic levels did not change with pioglitazone. Body weight increased with pioglitazone in most subjects. Pioglitazone stimulates plasma renin activity and favors sodium retention and weight gain in healthy volunteers. These effects could contribute to the development of edema in some subjects treated with glitazones.

Revisiting the heteromultimeric structure of ENaC in Xenopus leavis oocytes

The epithelial sodium channel (ENaC) regulates the sodium reabsorption in the principal cells of collecting duct of the nephron, and is essential for the maintenance of Na+ balance and blood pressure. ENaC is regulated by hormones such as aldosterone and vasopressin, by serine proteases. The functional ENaC channel expressed at the cell surface is a hetemultimeric complex composed by the homologous a, ß and y subunits. Several functional and biochemical studies have provided evidence that the ENaC is a heterotetramer formed by 2a lß and ly subunits. Recently, a channel homologue of ENaC, the acid-sensing ion channel ASIC1 has been crystallized as a homotrimer. This discrepancy in the subunit composition of these two channels of the same family, motivated us to revisit the subunit oligomerization of the purified functional abg EnaC channel complex. His(6)ENaC a ß y subunits were expressed in Xenopus leavis oocytes. The three ENaC subunits copurify on Ni+2-NTA agarose beads in a aßy ENaC complex. On Western blot, the ENaC subunits show typical post-translation modifications associated with a functional channel. Using differentially tagged ENaC subunits, we could demonstrate that 2 different a ENaC co- purify with ß and y subunits, whereas only one single ß and y are detected in the ENaC complex. Comparison of the mass of the aßy ENaC complex on Western blot under non reducing conditions with different ENaC dimeric, trimmeric and tetratemeric concatamers indicate that the ENaC channel complex is a heterotetramer made of 2a-, lß-, and ly ENaC subunits. Our result will certainly not provide the last words on the subunit stoichiometry of the ENaC/ASIC channels, but hopefully will promote the réévaluation of the cASICl crystal structure for its functional relevance. -- Le canal épithélial sodique ENaC est responsable de la réabsorption du sodium dans les cellules principales du tubule collecteur rénal et joue un rôle important dans le maintien de l'homéostasie sodique et le maintien de la pression artérielle. Ce canal est régulé par des hormones telles que l'aldostérone ou la Vasopressine mais également par des sérines protéases. ENaC est un canal multimerique constitué des trois sous-unités homologues a, ß and y. De nombreuses études fonctionnelles et biochimiques ont montré que le canal ENaC fonctionnel exprimé à la surface cellulaire est un canal formé de 4 sous unités avec une stoichiometric préférentielle de 2 sous-unités a, 1 sous-unité ß et 1 sous-unité y. Récemment, la cristallisation du canal sodique sensible au pH acide, ASIC, un autre membre de la famille ENaC/Deg, a mis en évidence un canal homotrimérique. Cette divergence dans la composition en sous-unités formant les complexes ENaC et ASIC, deux canaux de la même famille de gènes, nous a motivé à réinvestiguer le problème de l'oligomérisation du complexe fonctionnel ENaC après purification. Dans ce but le complexe ENaC fait des sous-unités aßy marquées par un épitope His 6 ont été exprimées dans l'ovocyte de Xenopus leavis. Les trois sous-unités aßy du complexe ENaC peuvent être co-purifiées sur des billes d'agarose Ni+2-NTA et montrent les modifications post-traductionnelles attendues pour le complexe fonctionnel ENaC exprimé en surface. Nous avons pu démontrer que ce complexe ENaC fonctionnel, est formé de deux sous-unités a différentes, mais de une seule sous-unité ß et une seule sous-unité y, suggérant un complexe ENaC formé de plus de trois sous-unités. L'estimation de la masse du complexe fonctionnel ENaC par Western blot, en comparaison avec des constructions concatemériques de ENaC faites de 2, 3, ou 4 sous-unités indique que le complexe aßy ENaC fonctionnel est une hétérotétramère composé de 2 sous-unités a, une ß et une y. Ces expériences ne représentent pas le fin d'une controverse quant à la structure des canaux ENaC et ASIC, mais soulèvent la question de la relevance fonctionnelle de la structure tridimentionelle du canal ASIC révélée par crystallographie.

Renal and neurohormonal responses to increasing levels of lower body negative pressure in men.

BACKGROUND: The stimulation of efferent renal sympathetic nerve activity induces sequential changes in renin secretion, sodium excretion, and renal hemodynamics that are proportional to the magnitude of the stimulation of sympathetic nerves. This study in men investigated the sequence of the changes in proximal and distal renal sodium handling, renal and systemic hemodynamics, as well as the hormonal profile occurring during a sustained activation of the sympathetic nervous system induced by various levels of lower body negative pressure (LBNP). METHODS: Ten healthy subjects were submitted to three levels of LBNP ranging between 0 and -22.5 mm Hg for one hour according to a triple crossover design, with a minimum of five days between each level of LBNP. Systemic and renal hemodynamics, renal water and sodium handling (using the endogenous lithium clearance technique), and the neurohormonal profile were measured before, during, and after LBNP. RESULTS: LBNP (0 to -22.5 mm Hg) induced an important hormonal response characterized by a significant stimulation of the sympathetic nervous system and gradual activations of the vasopressin and the renin-angiotensin systems. LBNP also gradually reduced water excretion and increased urinary osmolality. A significant decrease in sodium excretion was apparent only at -22.5 mm Hg. It was independent of any change in the glomerular filtration rate and was mediated essentially by an increased sodium reabsorption in the proximal tubule (a significant decrease in lithium clearance, P < 0.05). No significant change in renal hemodynamics was found at the tested levels of LBNP. As observed experimentally, there appeared to be a clear sequence of responses to LBNP, the neurohormonal response occurring before the changes in water and sodium excretion, these latter preceding any change in renal hemodynamics. CONCLUSIONS: These data show that the renal sodium retention developing during LBNP, and thus sympathetic nervous stimulation, is due mainly to an increase in sodium reabsorption by the proximal segments of the nephron. Our results in humans also confirm that, depending on its magnitude, LBNP leads to a step-by-step activation of neurohormonal, renal tubular, and renal hemodynamic responses.

Role of intracellular cysteines in ENaC function

The epithelial sodium channel (ENaC) regulates the sodium reabsorption in the collecting duct principal cells of the nephron. ENaC is mainly regulated by hormones such as aldosterone and vasopressin, but also by serine proteases, Na+ and divalent cations. The crystallization of an ENaC/Deg member, the Acid Sensing Ion Channel, has been recently published but the pore-lining residues constitution of ENaC internal pore remains unclear. It has been reported that mutation aS589C of the selectivity filter on the aENaC subunit, a three residues G/SxS sequence, renders the channel permeant to divalent cations and sensitive to extracellular Cd2+. We have shown in the first part of my work that the side chain of aSer589 residue is not pointing toward the pore lumen, permitting the Cd2+ to permeate through the ion pore and to coordinate with a native cysteine, gCys546, located in the second transmembrane domain of the gENaC subunit. In a second part, we were interested in the sulfhydryl-reagent intracellular inhibition of ENaC-mediated Na+ current. Kellenberger et al. have shown that ENaC is rapidly and reversibly inhibited by internal sulfhydryl reagents underlying the involvement of intracellular cysteines in the internal regulation of ENaC. We set up a new approach comprising a Substituted Cysteine Analysis Method (SCAM) using intracellular MTSEA-biotin perfusion coupled to functional and biochemical assays. We were thus able to correlate the cysteine-modification of ENaC by methanethiosulfonate (MTS) and its effect on sodium current. This allowed us to determine the amino acids that are accessible to intracellular MTS and the one important for the inhibition of the channel. RESUME : Le canal épithélial sodique ENaC est responsable de la réabsorption du sodium dans les cellules principales du tubule collecteur rénal. Ce canal est essentiellement régulé par voie hormonale via l'aldostérone et la vasopressine mais également par des sérines protéases, le Na+ lui-même et certains cations divalents. La cristallisation du canal sodique sensible au pH acide, ASIC, un autre membre de la famille ENaC/Deg, a été publiée mais les acides aminés constituant le pore interne d'ENaC restent indéterminés. Il a été montré que la mutation aS589C du filtre de sélectivité de la sous-unité aENaC permet le passage de cations divalents et l'inhibition du canal par le Cd2+ extracellulaire. Dans un premier temps, nous avons montré que la chaîne latérale de la aSer589 n'est pas orientée vers l'intérieur du pore, permettant au Cd2+ de traverser le canal et d'interagir avec une cysteine native du second domaine transrnembranaire de la sous-unité γENaC, γCys546. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés au mécanisme d'inhibition d'ENaC par les réactifs sulfhydryl internes. Kellenberger et al. ont montré l'implication de cystéines intracellulaires dans la régulation interne d'ENaC par les réactifs sulfhydryl. Nous avons mis en place une nouvelle approche couplant la méthode d'analyse par substitution de cystéines (SCAM) avec des perfusions intracellulaires de MTSEAbiotine. Ainsi, nous pouvons meure en corrélation les modifications des cystéines d'ENaC par les réactifs methanethiosulfonates (MTS) avec leur effet sur le courant sodique, et donc mettre en évidence les acides aminés accessibles aux MTS intracellulaires et ceux qui sont importants dans la fonction du canal.

Dose-dependent acute and sustained renal effects of the endothelin receptor antagonist avosentan in healthy subjects

Enjeu : L'incidence d'insuffisance rénale terminale augmente d'environ 5-6% par année dans nos régions. L'une des causes majeures d'insuffisance rénale est la néphropathie diabétique qui représente selon les pays entre 25 et 40% des néphropathies terminales. La progression de la néphropathie diabétique peut être ralentie de manière efficace par un bon contrôle du diabète et de l'hypertension artérielle et par le blocage du système rénine-angiotensine. Néanmoins, malgré l'application stricte de ces thérapies préventives, la néphropathie de bons nombres de patients diabétiques continue de progresser. Il est donc important de développer de nouvelles stratégies permettant de préserver la fonction rénale des patients diabétiques soit en améliorant le contrôle de la pression artérielle soit en diminuant la protéinurie. Contexte : Il existe un certain nombre d'évidences expérimentales que le blocage des récepteurs de l'endothéline pourrait avoir un effet positif sur le devenir de la néphropathie diabétique en diminuant de manière efficace la protéinurie même chez des animaux déjà traités efficacement avec un bloqueur du système rénine-angiotensine. Dans des études de phase 2 impliquant l'avosentan, un antagoniste des récepteurs de l'endothéline actuellement en cours de développement pour le traitement de la néphropathie diabétique, on a pu démontrer que cet antagoniste, prescrit à des doses oscillant entre 5 et 50 mg par jour per os, diminue la protéinurie d'environ 20-40% chez des patients déjà traités avec un IEC ou un antagoniste de l'angiotensine. Toutefois, une grande étude de phase III conduite avec ce médicament chez des patients diabétiques a du être interrompue précocement en raison de l'apparition d'oedèmes et d'une surcharge hydrosodée conduisant dans certains cas à une décompensation cardiaque aiguë. La rétention hydrosodée est un effet secondaire connu des antagonistes de l'endothéline déjà sur le marché. Toutefois, pour l'avosentan, on ne savait pas si des doses plus faibles du médicament avaient aussi un effet négative sur la balance hydrosodée. En outre, les mécanismes rénaux responsables de la rétention hydrosodée sont encore mal connus chez l'homme. C'est pourquoi, nous avons organisé et réalisé cette étude de pharmacologie clinique chez le volontaire sain posant 2 questions : 1) des doses faibles d'avosentan produisent-elles aussi une rétention hydrosodée chez l'homme ? et 2) quels sont les mécanismes rénaux pouvant expliquer la rétention hydrosodée ? Cette thèse est donc une étude clinique de phase I testant chez 23 volontaires sains les effets rénaux de différentes doses d'avosentan ou d'un placebo pour établir la courbe dose-réponse des effets rénaux de ce médicament. L'idée était également de définir quelle dose est sure et bien tolérée pour être utilisée dans une nouvelle étude de phase II. L'avosentan a été administré par voie orale une fois par jour pendant 8 jours à des doses de 0.5, 1.5, 5 et 50 mg. Les effets rénaux hémodynamiques et tubulaires ont été étudiés chez chaque sujet lors de la première administration (jour 1) et après une semaine de traitement (jour 8). Le médicament a induit une prise de poids dose-dépendante déjà présente à 5 mg et maximale à 50 mg (+ 0.8 kg au jour 8). Nous n'avons pas mesuré d'impact de l'avosentan sur l'hémodynamique rénale ni sur les électrolytes plasmatiques. En revanche, nous avons constaté une diminution dose-dépendante de la fraction d'excrétion de sodium (jusqu'à -8.7% avec avosentan 50 mg). Cette diminution était en rapport avec une augmentation dose-dépendante de la réabsorption proximale de sodium. Nous avons également constaté une baisse de la pression artérielle aux doses élevées et une hémodilution marquée par une baisse de l'hématocrite suggérant une rétention hydrique à la plus haute dose. Nos résultats suggèrent donc que l'avosentan induit une rétention sodée rénale dose-dépendante expliquée avant tout par une rétention du sodium au niveau du tubule proximal. Cet effet n'est pas observé à des doses plus basses que 5 mg chez le volontaire sain, suggérant que ce médicament devrait être évalué pour son activité réno-protectrice à des doses inférieures ou égales à 5 mg par jour. La raison pour laquelle les hautes doses produisent plus de rétention sodée est peut être liée à une perte de sélectivité pour les sous-types (A et B) de récepteurs à l'endothéline lorsque l'on administre des doses plus élevées que 5 mg. Perspectives : Les résultats de ce travail de thèse ont donc permis de caractériser les propriétés rénales d'un nouvel antagoniste des récepteurs de l'endothéline chez l'homme. Ces résultats ont aussi permis de guider le développement futur de ce médicament vers des doses plus faibles avec l'espoir de garder les effets bénéfiques sur la protéinurie tout en améliorant le profil de tolérance du médicament par l'utilisation de doses plus faibles. ANGLAIS The endothelin receptor antagonist avosentan may cause fluid overload at doses of 25 and 50 mg, but the actual mechanisms of this effect are unclear. We conducted a placebo-controlled study in 23 healthy subjects to assess the renal effects of avosentan and the dose dependency of these effects. Oral avosentan was administered once daily for 8 days at doses of 0.5, 1.5, 5, and 50 mg. The drug induced a dose-dependent median increase in body weight, most pronounced at 50 mg (0.8 kg on day 8). Avosentan did not affect renal hemodynamics or plasma electrolytes. A dose-dependent median reduction in the fractional renal excretion of sodium was found (up to 8.7% at avosentan 50 mg); this reduction was paralleled by a dose-related increase in proximal sodium reabsorption. It is suggested that avosentan dose-dependently induces sodium retention by the kidney, mainly through proximal tubular effects. The potential clinical benefits of avosentan should therefore be investigated at doses of ≤ 5 mg.

Amiloride-sensitive epithelial Na+ channel is made of three homologous subunits.

The amiloride-sensitive epithelial sodium channel constitutes the rate-limiting step for sodium reabsorption in epithelial cells that line the distal part of the renal tubule, the distal colon, the duct of several exocrine glands, and the lung. The activity of this channel is upregulated by vasopressin and aldosterone, hormones involved in the maintenance of sodium balance, blood volume and blood pressure. We have identified the primary structure of the alpha-subunit of the rat epithelial sodium channel by expression cloning in Xenopus laevis oocytes. An identical subunit has recently been reported. Here we identify two other subunits (beta and gamma) by functional complementation of the alpha-subunit of the rat epithelial Na+ channel. The ion-selective permeability, the gating properties and the pharmacological profile of the channel formed by coexpressing the three subunits in oocytes are similar to that of the native channel.

Studies of the renal effects of angiotensin II receptor blockade: the confounding factor of acute water loading on the action of vasoactive systems.

The acute renal tubular effects of two pharmacologically distinct angiotensin II receptor antagonists have been evaluated in normotensive volunteers on various salt diets. In the first study, the renal response to a single oral dose of losartan (100 mg) was assessed in subjects on a low (50 mmol Na/d) and on a high (200 mmol Na/d) salt intake. In a second protocol, the renal effects of 50 mg irbesartan were investigated in subjects receiving a 100 mmol Na/d diet. Both angiotensin II antagonists induced a significant increase in urinary sodium excretion. With losartan, a modest, transient increase in urinary potassium and a significant increase in uric acid excretion were found. In contrast, no change in potassium and uric acid excretions were observed with irbesartan, suggesting that the effects of losartan on potassium and uric acid are due to the intrinsic pharmacologic properties of losartan rather than to the specific blockade of renal angiotensin II receptors. Assessment of segmental sodium reabsorption using lithium as a marker of proximal tubular reabsorption demonstrated a decreased distal reabsorption of sodium with both antagonists. A direct proximal tubular natriuretic effect of the angiotensin II antagonist could be demonstrated only with irbesartan. This apparent discrepancy allowed us to reveal the importance of acute water loading as a possible confounding factor in renal studies. The results of the present analysis show that acute water loading per se may enhance renal sodium excretion and hence modify the level of activity of the renin-angiotensin system expected from a given sodium diet. Since acute water loading is a common practice in clinical renal studies, this confounding factor should be taken into account when investigating the renal effects of vasoactive systems.

Site of the action of a synthetic atrial natriuretic peptide evaluated in humans.

The renal site of the natriuretic effect of human, atrial natriuretic peptide (hANP) was studied using clearance techniques in eight salt-loaded normal volunteers undergoing maximal water diuresis. Lithium was used as a marker of proximal sodium reabsorption. According to a two-way, single blind, crossover design, hANP (Met12-(3-28)-eicosahexapeptide, (2 micrograms/min) or its vehicle (Ve) were infused for two hours, followed by a two-hour recovery period. Blood pressure, heart rate and insulin clearance remained unchanged. During hANP infusion, the filtration fraction increased slightly from 19.6 to 24.3% (P less than 0.001), fractional water excretion rose transiently at the beginning of the infusion. Fractional excretion of sodium increased markedly from 2.2% to 7.4% (P less than 0.001) but remained unchanged with Ve. ANP increased fractional excretion of lithium slightly from 46 to 58% (P less than 0.01), while it remained stable at 47% during Ve. The distal tubular rejection fraction of sodium calculated from sodium and lithium clearances rose markedly from 4.7 to 13% (P less than 0.001) and returned to 6.2% at the end of the recovery period. Thus, under salt loading and water diuresis conditions, hANP infusion did not alter GFR, but reduced proximal reabsorption of sodium, and markedly enhanced the fraction of sodium escaping distal tubular reabsorption, suggesting that hANP-induced natriuresis is due, for an important part, to inhibition of sodium reabsorption in the distal nephron.

Effects of pioglitazone on renal calcium excretion.

Context: Glitazones increase fracture risk in long-term users and in postmenopausal women. Studies have demonstrated deleterious effects of glitazones on bone metabolism. Glitazones also have direct renal tubular effects increasing sodium reabsorption. We hypothesized that glitazones may also regulate renal calcium excretion. Design: In this double-blind, randomized, placebo-controlled, four-way, crossover study, we examined the effects of pioglitazone (45 mg/d for 6 wk) or placebo on renal calcium and phosphate excretion and PTH levels during different sodium intakes in 16 individuals (eight with type 2 diabetes and eight with essential hypertension). Results: Pioglitazone had no effect on corrected plasma calcium and phosphate levels but decreased significantly the alkaline phosphatase and PTH levels. Pioglitazone induced on average a 45% increase in urinary calcium excretion. The fractional excretion of calcium rose to the same extent, suggesting a glomerular filtration rate-independent effect. Sodium intake did not influence the calciuric effect of pioglitazone. Changes in diurnal and nocturnal calciuria were similar. There was no effect of pioglitazone on phosphate excretion. Conclusion: Pioglitazone decreases PTH levels and increases urinary calcium excretion, independently from changes in glomerular filtration rate and from the sodium load, suggesting an inhibitory effect of pioglitazone on the tubular reabsorption of calcium. These effects may contribute to the increased fracture risk with glitazone treatment.