Regulation of the epithelial Na+ channel ENaC by Tsg101 in renal epithelial cells

Kidneys are the main regulator of salt homeostasis and blood pressure. In the distal region of the tubule active Na-transport is finely tuned. This transport is regulated by various hormonal pathways including aldosterone that regulates the reabsorption at the level of the ASDN, comprising the late DCT, the CNT and the CCD. In the ASDN, the amiloride-sensitive epithelial Na-channel (ENaC) plays a major role in Na-homeostasis, as evidenced by gain-of function mutations in the genes encoding ENaC, causing Liddle's syndrome, a severe form of salt-sensitive hypertension. In this disease, regulation of ENaC is compromised due to mutations that delete or mutate a PY-motif in ENaC. Such mutations interfere with Nedd4-2- dependent ubiquitylation of ENaC, leading to reduced endocytosis of the channel, and consequently to increased channel activity at the cell surface. After endocytosis ENaC is targeted to the lysosome and rapidly degraded. Similarly to other ubiquitylated and endocytosed plasma membrane proteins (such as the EGFR), it is likely that the multi-protein complex system ESCRT is involved. To investigate the involvement of this system we tested the role of one of the ESCRT proteins, Tsg101. Here we show that Tsg101 interacts endogenously and in transfected HEK-293 cells with all three ENaC sub-units. Furthermore, mutations of cytoplasmic lysines of ENaC subunits lead to the disruption of this interaction, indicating a potential involvement of ubiquitin in Tsg101 / ENaC interaction. Tsg101 knockdown in renal epithelial cells increases the total and cell surface pool of ENaC, thus implying TsglOl and consequently the ESCRT system in ENaC degradation by the endosomal/lysosomal system. - Les reins sont les principaux organes responsables de la régulation de la pression artérielle ainsi que de la balance saline du corps. Dans la région distale du tubule, le transport actif de sodium est finement régulé. Ce transport est contrôlé par plusieurs hormones comme l'aldostérone, qui régule la réabsorption au niveau de l'ASDN, segment comprenant la fin du DCT, le CNT et le CCD. Dans l'ASDN, le canal à sodium épithélial sensible à l'amiloride (ENaC) joue un rôle majeur dans l'homéostasie sodique, comme cela fut démontré par les mutations « gain de fonction » dans les gênes encodant ENaC, causant ainsi le syndrome de Liddle, une forme sévère d'hypertension sensible au sel. Dans cette maladie, la régulation d'ENaC est compromise du fait des mutations qui supprime ou mute le domaine PY présent sur les sous-unités d'ENaC. Ces mutations préviennent l'ubiquitylation d'ENaC par Nedd4-2, conduisant ainsi à une baisse de l'endocytose du canal et par conséquent une activité accrue d'ENaC à la surface membranaire. Après endocytose, ENaC est envoyé vers le lysosome et rapidement dégradé. Comme d'autres protéines membranaires ubiquitylées et endocytées (comme l'EGFR), il est probable que le complexe multi-protéique ESCRT est impliqué dans le transport d'ENaC au lysosome. Pour étudier l'implication du système d'ESCRT dans la régulation d'ENaC nous avons testé le rôle d'une protéine de ces complexes, TsglOl. Notre étude nous a permis de démontrer que TsglOl se lie aux trois sous-unités ENaC aussi bien en co-transfection dans des cellules HEK-293 que de manière endogène. De plus, nous avons pu démontrer l'importance de l'ubiquitine dans cette interaction par la mutation de toutes les lysines placées du côté cytoplasmique des sous-unités d'ENaC, empêchant ainsi l'ubiquitylation de ces sous-unités. Enfin, le « knockdown » de TsglOl dans des cellules épithéliales de rein induit une augmentation de l'expression d'ENaC aussi bien dans le «pool» total qu'à la surface membranaire, indiquant ainsi un rôle pour TsglOl et par conséquent du système d'ESCRT dans la dégradation d'ENaC par la voie endosome / lysosome. - Le corps humain est composé d'organes chacun spécialisé dans une fonction précise. Chaque organe est composé de cellules, qui assurent la fonction de l'organe en question. Ces cellules se caractérisent par : - une membrane qui leur permet d'isoler leur compartiment interne (milieu intracellulaire ou cytoplasme) du liquide externe (milieu extracellulaire), - un noyau, où l'ADN est situé, - des protéines, sortent d'unités fonctionnelles ayant une fonction bien définie dans la cellule. La séparation entre l'extérieure et l'intérieure de la cellule est essentielle pour le maintien des composants de ces milieux ainsi que pour la bonne fonction de l'organisme et des cellules. Parmi ces composants, le sodium joue un rôle essentiel car il conditionne le maintien de volume sanguin en participant au maintien du volume extracellulaire. Une augmentation du sodium dans l'organisme provoque donc une augmentation du volume sanguin et ainsi provoque une hypertension. De ce fait, le contrôle de la quantité de sodium présente dans l'organisme est essentiel pour le bon fonctionnement de l'organisme. Le sodium est apporté par l'alimentation, et c'est au niveau du rein que va s'effectuer le contrôle de la quantité de sodium qui va être retenue dans l'organisme pour le maintien d'une concentration normale de sodium dans le milieu extracellulaire. Le rein va se charger de réabsorber toutes sortes de solutés nécessaires pour l'organisme avant d'évacuer les déchets ou le surplus de ces solutés en produisant l'urine. Le rein va se charger de réabsorber le sodium grâce à différentes protéines, parmi elle, nous nous sommes intéressés à une protéine appelée ENaC. Cette protéine joue un rôle important dans la réabsorption du sodium, et lorsqu'elle fonctionne mal, comme il a pu être observé dans certaines maladies génétiques, il en résulte des problèmes d'hypo- ou d'hypertension. Les problèmes résultant du mauvais fonctionnement de cette protéine obligent donc la cellule à réguler efficacement ENaC par différents mécanismes, notamment en diminuant son expression et en dégradant le « surplus ». Dans cette travail de thèse, nous nous sommes intéressés au mécanisme impliqué dans la dégradation d'ENaC et plus précisément à un ensemble de protéines, appelé ESCRT, qui va se charger « d'escorter » une protéine vers un sous compartiment à l'intérieur de la cellule ou elle sera dégradée.

NEDD4-2 and salt-sensitive hypertension.

PURPOSE OF REVIEW: NEDD4-2 is an ubiquitin-protein ligase that was originally identified as an interactor of the epithelial Na+ channel (ENaC); this interaction is defective in Liddle's syndrome, causing elevated ENaC activity and salt-sensitive hypertension. In this review we aim to highlight progress achieved in recent years demonstrating that NEDD4-2 is involved in the control of Na+ transporters that are different from ENaC, but which also play a role in salt-sensitive hypertension. RECENT FINDINGS: It has been shown that NEDD4-2 interacts with ubiquitylates and negatively regulates the thiazide-sensitive NCC (Na+,Cl- -cotransporter), both in vitro and in vivo in inducible, nephron-specific Nedd4-2 knockout mice. Moreover, evidence has been provided that NEDD4-2 is also involved in the regulation of human NHE3 (Na+,H+-exchanger 3) and NKCC2 (Na+,K+,2Cl- -cotransporter 2). SUMMARY: The emerging role of NEDD4-2 in the regulation of different Na+ transporters along the nephron and the identification of human polymorphisms in the NEDD4-2 gene (Nedd4L) related to salt-sensitive hypertension makes this ubiquitin-protein ligase an interesting target for the development of antihypertensive drugs.

The fou2 gain-of-function allele and the wild-type allele of Two Pore Channel 1 contribute to different extents or by different mechanisms to defense gene expression in Arabidopsis.

The fatty acid oxygenation up-regulated 2 (fou2) mutant in Arabidopsis thaliana creates a gain-of-function allele in a non-selective cation channel encoded by the Two Pore Channel 1 (TPC1) gene. This mutant genetically implicates cation fluxes in the control of the positive feedback loop whereby jasmonic acid (JA) stimulates its own synthesis. In this study we observed extensive transcriptome reprogramming in healthy fou2 leaves closely resembling that induced by treatment with methyl jasmonate, biotic stresses and the potassium starvation response. Proteomic analysis of fou2 leaves identified increased levels of seven biotic stress- and JA-inducible proteins. In agreement with these analyses, epistasis studies performed by crossing fou2 with aos indicated that elevated levels of JA in fou2 are the major determinant of the mutant phenotype. In addition, generation of fou2 aba1-5, fou2 etr1-1 and fou2 npr1-1 double mutants showed that the fou2 phenotype was only weakly affected by ABA levels and unaffected by mutations in NPR1 and ETR1. The results now suggest possible mechanisms whereby fou2 could induce JA synthesis/signaling early in the wound response. In contrast to fou2, transcriptome analysis of a loss-of-function allele of TPC1, tpc1-2, revealed no differential expression of JA biosynthesis genes in resting leaves. However, the analysis disclosed reduced mRNA levels of the pathogenesis-related genes PDF1.2a and THI2.1 in healthy and diseased tpc1-2 leaves. The results suggest that wild-type TPC1 contributes to their expression by mechanisms somewhat different from those affecting their expression in fou2.

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.

Exendin-(9-39) is an inverse agonist of the murine glucagon-like peptide-1 receptor: implications for basal intracellular cyclic adenosine 3',5'-monophosphate levels and beta-cell glucose competence.

The effect of exendin-(9-39), a described antagonist of the glucagon-like peptide-1 (GLP-1) receptor, was evaluated on the formation of cAMP- and glucose-stimulated insulin secretion (GSIS) by the conditionally immortalized murine betaTC-Tet cells. These cells have a basal intracellular cAMP level that can be increased by GLP-1 with an EC50 of approximately 1 nM and can be decreased dose dependently by exendin-(9-39). This latter effect was receptor dependent, as a beta-cell line not expressing the GLP-1 receptor was not affected by exendin-(9-39). It was also not due to the endogenous production of GLP-1, because this effect was observed in the absence of detectable preproglucagon messenger RNA levels and radioimmunoassayable GLP-1. Importantly, GSIS was shown to be sensitive to this basal level of cAMP, as perifusion of betaTC-Tet cells in the presence of exendin-(9-39) strongly reduced insulin secretion. This reduction of GSIS, however, was observed only with growth-arrested, not proliferating, betaTC-Tet cells; it was also seen with nontransformed mouse beta-cells perifused in similar conditions. These data therefore demonstrated that 1) exendin-(9-39) is an inverse agonist of the murine GLP-1 receptor; 2) the decreased basal cAMP levels induced by this peptide inhibit the secretory response of betaTC-Tet cells and mouse pancreatic islets to glucose; 3) as this effect was observed only with growth-arrested cells, this indicates that the mechanism by which cAMP leads to potentiation of insulin secretion is different in proliferating and growth-arrested cells; and 4) the presence of the GLP-1 receptor, even in the absence of bound peptide, is important for maintaining elevated intracellular cAMP levels and, therefore, the glucose competence of the beta-cells.

Molecular basis of interaction between Na,K-ATPase and FXYD proteins.

Résumé au large public Notre corps est constitué de différents types de cellules. La condition minimale ou primordiale pour la survie des cellules est d'avoir de l'énergie. Cette tâche est assumée en partie par une protéine qui se situe dans la membrane de chaque cellule. Nommé Na, K¬ATPase ou pompe à sodium, c'est une protéine pressente dans toutes les cellules chez les mammifères est composée de deux sous-unités, α et β. En transportant 3 ions de sodium hors de la cellule et 2 ions de potassium à l'intérieur de la cellule, elle transforme l'énergie chimique sous forme de l'ATP en énergie motrice, qui permet aux cellules par la suite d'échanger des matériaux entre l'espace intracellulaire et extracellulaire ainsi que d'ingérer des nutriments provenant de son environnement. Le manque de cette protéine chez la souris entraîne la mort de l'embryon. Des défauts fonctionnels de cette protéine sont responsables de plusieurs maladies humaines comme par exemple, un type de migraine. En dehors de sa fonction vitale, cette protéine est également engagée dans diverses activités physiologiques comme la contractilité musculaire, l'activité nerveuse et la régulation du volume sanguin. Vue l'importance de cette protéine, sa découverte par Jens C. Skou en 1957 a été honorée d'un Prix Noble de chimie quarante ans plus tard. Depuis lors, nous connaissons de mieux en mieux les mécanismes de fonctionnement de la Na, K-ATPase. Entre autre, sa régulation par une famille de protéines appelées protéines FXYD. Cette famille contient 7 membres (FXYD 1-7). L'un d'entre eux nommé FXYD 2 est lié à une maladie héréditaire connue sous le nom de hypomagnesemia. Nous disposons actuellement d'informations concernant les conséquences de la régulation par les protéines FXYD sur activité de la Na, K-ATPase, mais nous savons très peu sur le mode d'interaction entre les protéines FXYD et la Na, K-ATPase. Dans ce travail de thèse, nous avons réussi à localiser des zones d'interaction dans la sous- unité a de la Na, K-ATPase et dans FXYD 7. En même temps, nous avons déterminé un 3ème site de liaison spécifique au sodium de la Na, K-ATPase. Une partie de ce site se situe à l'intérieur d'un domaine protéique qui interagit avec les protéines FXYD. De plus, ce site a été démontré comme responsable d'un mécanisme de transport de la Na, K-ATPase caractérisé par un influx ionique. En conclusion, les résultats de ce travail de thèse fournissent de nouvelles preuves sur les régions d'interaction entre la Na, K-ATPase et les protéines FXYD. La détermination d'un 3ème site spécifique au sodium et sa relation avec un influx ionique offrent la possibilité 1) d'explorer les mécanismes avec lesquels les protéines FXYD régulent l'activité de la Na, ATPase et 2) de localiser un site à sodium qui est essentielle pour mieux comprendre l'organisation et le fonctionnement de la Na, K-ATPase. Résumé Les gradients de concentration de Na+ et de K+ à travers la membrane plasmatique des cellules animales sont cruciaux pour la survie et l'homéostasie de cellules. De plus, des fonctions cellulaires spécifiques telles que la reabsorption de Na dans le rein et le côlon, la contraction musculaire et l'excitabilité nerveuse dépendent de ces gradients. La Na, K¬ATPase ou pompe à sodium est une protéine membranaire ubiquitaire. Elle crée et maintient ces gradients en utilisant l'énergie obtenu par l'hydrolyse de l'adénosine triphosphate. L'unité fonctionnelle minimale de cette protéine se compose d'une sous-unité catalytique α et d'une sous-unité régulatrice β. Récemment, il a été montré que des membres de la famille FXYD, sont des régulateurs tissu-spécifiques de la Na, K-ATPase qui influencent ses propriétés de transport. Cependant, on connaît peu de chose au sujet de la nature moléculaire de l'interaction entre les protéines FXYD et la Na, K-ATPase. Dans cette étude, nous fournissons, pour la première fois, l'évidence directe que des résidus du domaine transmembranaire (TM) 9 de la sous-unité α de la Na, K-ATPase sont impliqués dans l'interaction fonctionnelle et structurale avec les protéines FXYD. De plus nous avons identifié des régions dans le domaine transmembranaire de FXYD 7 qui sont importantes pour l'association stable avec la Na, K-ATPase et une série de résidus responsables des régulations fonctionnelles. Nous avons aussi montré les contributions fonctionnelles du TM 9 de la Na, K-ATPase à la translocation de Na + en déterminant un 3ème site spécifique au Na+. Ce site se situe probablement dans un espace entre TM 9, TM 6 et TM 5 de la sous-unité α de la pompe à sodium. De plus, nous avons constaté que le 3ème site de Na + est fonctionnellement lié à un courant entrant de la pompe sensible à l'ouabaïne et activé par le pH acide. En conclusion, ce travail donne de nouvelles perspectives de l'interaction structurale et fonctionnelle entre les protéines FXYD et la Na, K-ATPase. En outre, les contributions fonctionnelles de TM 9 offrent de nouvelles possibilités pour explorer le mécanisme par lequel les protéines FXYD régulent les propriétés fonctionnelles de la Na, K-ATPase. La détermination du 3ème site au Na + fournit une compréhension avancée du site spécifique au Na + de la Na, K-ATPase et du mécanisme de transport de la Na, K-ATPase. Summary The Na+ and K+ gradients across the plasma membrane of animal cells are crucial for cell survival and homeostasis. Moreover, specific tissue functions such as Na+ reabsorption in kidney and colon, muscle contraction and nerve excitability depend on the maintenance of these gradients. Na, K-ATPase or sodium pump, an ubiquitous membrane protein, creates and maintains these gradients by using the energy from the hydrolysis of ATP. The minimal functional unit of this protein is composed of a catalytic α subunit and a regulatory β subunit. Recently, members of the FXYD family, have been reported to be tissue-specific regulators of Na, K-ATPase by influencing its transport properties. However, little is known about the molecular nature of the interaction between FXYD proteins and Na, K-ATPase. In this study, we provide, for the first time, direct evidence that residues from the transmembrane (TM) domain 9 of the α subunit of Na, K-ATPase are implicated in the functional and structural interaction with FXYD proteins. Moreover, we have identified regions in the TM domain of FXYD 7 important for the stable association with Na, K-ATPase and a stretch of residues responsible for the functional regulations. We have further revealed the functional contributions of TM 9 of the Na, K-ATPase α subunit to the Na+ translocation by determining a 3rd Na+-specific cation binding site. This site is likely in a space between TM 9, TM 6 and TM 5 of the a subunit of the sodium pump. Moreover, we have found that the 3rd Na+ binding site is functionally linked to an acidic pH- activated ouabain-sensitive inward pump current. In conclusion, this work gives new insights into the structural and functional interaction between FXYD proteins and Na, K-ATPase. Functional contributions of TM 9 offer new possibilities to explore the mechanism by which FXYD proteins regulate functional properties of Na, K-ATPase. The determination of the 3rd Na+ binding site provides an advanced understanding concerning the Na+ -specific binding site of Na, K-ATPase and the 3rd Na+ site related transport mechanism.

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.

Remodelage des canaux potassiques dépendants de l'ATP lors de l'hypertrophie et de l'insuffisance cardiaque

RESUME :Introduction. Les maladies cardiovasculaires représentent la première cause de mortalité dans les pays développés et l'insuffisance cardiaque (IC) est la plus fréquente. Suite à un infarctus, le coeur des patients subit un remodelage ventriculaire pouvant évoluer vers un état d'IC. L'IC se définit comme un état dans lequel le coeur n'est plus capable d'approvisionner suffisamment les organes et cet état s'accompagne souvent de troubles du rythme cardiaque. Le remodelage ventriculaire touche de nombreux gènes codant à la fois pour les voies métaboliques et pour des canaux ioniques favorisant ainsi l'apparition des arythmies responsables de la mort subite des patients atteints d'IC. Comprendre ce passage entre remodelage et IC est crucial afin de pouvoir un jour prévenir l'IC et les complications médicales qui l'accompagnent. Nous nous sommes intéressés aux canaux potassiques dépendants de l'ATP (KATP) car ces canaux ont la capacité de coupler le métabolisme de la cellule à son activité électrique. En effet, les canaux KATP s'ouvrent quand la charge énergétique (rapport ATP/ ADP) de la cellule chute. Dans les cardiomyocytes, l'ouverture des KATP induit une hyperpolarisation de la membrane cellulaire ce qui diminue indirectement la surcharge calcique et de ce fait préserve la cellule. Les canaux KATp sont formés de 4 sous-unités Kir6.x (Kir6.1 ou Kir6.2) formant le pore du canal associées à 4 sous-unités régulatrices SUR. Les propriétés électrophysiologiques ainsi que la sensibilité pharmacologique des canaux KATP dépendent de leur composition et seuls les canaux KATP formés par la sous-unité Kirô.l sont activés par le diazoxyde.Méthodes et résultats. Nous avons d'abord montré dans un modèle in vivo d'IC chez le rat adulte que les sous-unités Kir6.1 et SUR sont surexprimées dans ces conditions pathologiques. Par ailleurs, les cardiomyocytes issus des coeurs infarcis deviennent sensibles au diazoxyde reflétant la surexpression de Kir6.1. Les potentiels d'action qui sont prolongés dans l'IC et qui sont à l'origine d'arythmies majeures sont normalisés par l'ouverture des canaux KATp induite par le diazoxyde. Ainsi, l'ouverture pharmacologique des canaux KATp contribuerait à la cardio-protection. Dans une seconde partie, nous avons déterminé quels étaient les facteurs de transcription responsables de ce changement d'expression des sous-unités formant les KATP. Dans notre modèle, nous avons pu montrer que la surexpression de Kirô.l est due aux facteurs de transcription Fox03 et FoxF2 qui est aussi responsable de la surexpression des sous-unités SUR. Dans la dernière partie de ce travail, nous avons mis au point un modèle d'IC in vitro en cultivant les cardiomyocytes de rats adultes en présence d'angiotensine II (Angll) ou de TNFa. Ce modèle expérimental nous a non seulement permis de mettre en relation l'importance de L'AnglI et du TNFa sur le remodelage des canaux KATP mais aussi de développer un modèle in vitro présentant les mêmes caractéristiques que le modèle in vivo concernant le remodelage des KATP lors de l'IC. Ce dernier modèle expérimental ouvre des perspectives afin de mieux caractériser les voies de signalisation impliquées dans le remodelage des canaux KATp lors de l'IC.Conclusion. Les canaux KATp subissent un remodelage lors de l'IC et les résultats obtenus montrent le potentiel cardio-protecteur de ces canaux.ABSTRACT :Background and aim. Cardiovascular disease is the leading cause of death in developed countries and heart failure (HF) is the most common. Following myocardial infarction, the heart of the patient undergoes ventricular remodeling which may evolve toward a state of HF. HF is defined as a state in which heart is unable to supply enough blood to organs and this state is often accompanied by cardiac arrhythmias. Ventricular remodeling involves many genes coding for both metabolic enzymes and ion channels. Changes in ion channel expression can promote arrhythmias responsible for sudden death in patients with HF. A better understanding of the transition between remodeling and HF is crucial in order to prevent the complications associated to HF We were interested in ATP-dependent potassium channels (KATp) because they couple cell metabolism to electrical activity of the cell. Indeed, KATP channels open when the energy charge (ratio of ATP / ADP) of the cell collapses. In cardiomyocytes, the opening of KATP channels induces hyper- polanzation of the cell membrane which reduces calcium overload and thereby protects the cell. KATp channels are composed by 4 Kir6.x subumts (Kir6.1 or Kir6.2) forming the pore channel associated with 4 regulatory subunits SUR. The electrophysiological properties as well as pharmacological sensitivity of KATp channels depend on their composition and only KATP channels formed by Kir6.1 subunit are activated by diazoxide.Methods and results. Firstly, using an in vivo model of HF in adult rats, we showed that Kir6.1 and SUR subunits are overexpressed in HF. In addition, cardiomyocytes from post-infarction hearts became sensitive to diazoxide reflecting the overexpression of the Kir6.1 subunit. The opening of KATP by diazoxide tended to reduce the action potential duration (APD) which is extended in HF. This increase in APD is known to be a major source of arrhythmias during HF. Therefore, the opening of KATP channels by diazoxide would be cardio-protective. Secondly, we wanted to determine which transcription factors were responsible for this KATP remodeling. In our model of HF, we showed that overexpression of Kir6.1 is due to the transcription factors Fox03 and FOXF2 which is also responsible for SUR subunits overexpression. Thirdly, we developed an in vitro model of HF by cultivation of adult rat cardiomyocytes in the presence of angiotensin II (Angll) or TNFa. This model is very interesting not only because it underlines the importance of Angll and TNFa in KATp remodeling but also because this in vitro model presents the same KATP remodeling as the in vivo model of HF. These findings show that our in vitro model of HF opens up many possibilities to investigate more precisely the signaling pathways involved in remodeling of the KATP channels in HF.Conclusion. KATP channels undergo remodeling during HF and our results show the cardio¬protective potential of KATP channels in this disease.

Epithelial Na+ channel mutants causing Liddle's syndrome retain ability to respond to aldosterone and vasopressin.

Liddle's syndrome is a monogenic form of hypertension caused by mutations in the PY motif of the COOH terminus of beta- and gamma-epithelial Na+ channel (ENaC) subunits. These mutations lead to retention of active channels at the cell surface. Because of the critical role of this PY motif in the stability of ENaCs at the cell surface, we have investigated its contribution to the ENaC response to aldosterone and vasopressin. Mutants of the PY motif in beta- and gamma-ENaC subunits (beta-Y618A, beta-P616L, beta-R564stop, and gamma-K570stop) were stably expressed by retroviral gene transfer in a renal cortical collecting duct cell line (mpkCCDcl4), and transepithelial Na+ transport was assessed by measurements of the benzamil-sensitive short-circuit current (Isc). Cells that express ENaC mutants of the PY motif showed a five- to sixfold higher basal Isc compared with control cells and responded to stimulation by aldosterone (10(-6) M) or vasopressin (10(-9) M) with a further increase in Isc. The rates of the initial increases in Isc after aldosterone or vasopressin stimulation were comparable in cells transduced with wild-type and mutant ENaCs, but reversal of the effects of aldosterone and vasopressin was slower in cells that expressed the ENaC mutants. The conserved sensitivity of ENaC mutants to stimulation by aldosterone and vasopressin together with the prolonged activity at the cell surface likely contribute to the increased Na+ absorption in the distal nephron of patients with Liddle's syndrome.

Chronic potassium depletion increases adrenal progesterone production that is necessary for efficient renal retention of potassium.

Modern dietary habits are characterized by high-sodium and low-potassium intakes, each of which was correlated with a higher risk for hypertension. In this study, we examined whether long-term variations in the intake of sodium and potassium induce lasting changes in the plasma concentration of circulating steroids by developing a mathematical model of steroidogenesis in mice. One finding of this model was that mice increase their plasma progesterone levels specifically in response to potassium depletion. This prediction was confirmed by measurements in both male mice and men. Further investigation showed that progesterone regulates renal potassium handling both in males and females under potassium restriction, independent of its role in reproduction. The increase in progesterone production by male mice was time dependent and correlated with decreased urinary potassium content. The progesterone-dependent ability to efficiently retain potassium was because of an RU486 (a progesterone receptor antagonist)-sensitive stimulation of the colonic hydrogen, potassium-ATPase (known as the non-gastric or hydrogen, potassium-ATPase type 2) in the kidney. Thus, in males, a specific progesterone concentration profile induced by chronic potassium restriction regulates potassium balance.

The role of potassium in inflammasome activation by bacteria.

Many Gram-negative bacteria possess a type III secretion system (TTSS( paragraph sign)) that can activate the NLRC4 inflammasome, process caspase-1 and lead to secretion of mature IL-1beta. This is dependent on the presence of intracellular flagellin. Previous reports have suggested that this activation is independent of extracellular K(+) and not accompanied by leakage of K(+) from the cell, in contrast to activation of the NLRP3 inflammasome. However, non-flagellated strains of Pseudomonas aeruginosa are able to activate NLRC4, suggesting that formation of a pore in the cell membrane by the TTSS apparatus may be sufficient for inflammasome activation. Thus, we set out to determine if extracellular K(+) influenced P. aeruginosa inflammasome activation. We found that raising extracellular K(+) prevented TTSS NLRC4 activation by the non-flagellated P. aeruginosa strain PA103DeltaUDeltaT at concentrations above 90 mm, higher than those reported to inhibit NLRP3 activation. Infection was accompanied by efflux of K(+) from a minority of cells as determined using the K(+)-sensitive fluorophore PBFI, but no formation of a leaky pore. We obtained exactly the same results following infection with Salmonella typhimurium, previously described as independent of extracellular K(+). The inhibitory effect of raised extracellular K(+) on NLRC4 activation thus reflects a requirement for a decrease in intracellular K(+) for this inflammasome component as well as that described for NLRP3.

Patient with syncope and LQTS carrying a mutation in the PAS domain of the hERG1 channel.

We report the case of a woman with syncope and persistently prolonged QTc interval. Screening of congenital long QT syndrome (LQTS) genes revealed that she was a heterozygous carrier of a novel KCNH2 mutation, c.G238C. Electrophysiological and biochemical characterizations unveiled the pathogenicity of this new mutation, displaying a 2-fold reduction in protein expression and current density due to a maturation/trafficking-deficient mechanism. The patient's phenotype can be fully explained by this observation. This study illustrates the importance of performing genetic analyses and mutation characterization when there is a suspicion of congenital LQTS. Identifying mutations in the PAS domain or other domains of the hERG1 channel and understanding their effect may provide more focused and mutation-specific risk assessment in this population.

Distortion control for delay-sensitive sources

We investigate the problem of finding minimum-distortion policies for streaming delay-sensitive but distortion-tolerant data. We consider cross-layer approaches which exploit the coupling between presentation and transport layers. We make the natural assumption that the distortion function is convex and decreasing. We focus on a single source-destination pair and analytically find the optimum transmission policy when the transmission is done over an error-free channel. This optimum policy turns out to be independent of the exact form of the convex and decreasing distortion function. Then, for a packet-erasure channel, we analytically find the optimum open-loop transmission policy, which is also independent of the form of the convex distortion function. We then find computationally efficient closed-loop heuristic policies and show, through numerical evaluation, that they outperform the open-loop policy and have near optimal performance.

A mutation causing pseudohypoaldosteronism type 1 identifies a conserved glycine that is involved in the gating of the epithelial sodium channel.

Pseudohypoaldosteronism type 1 (PHA-1) is an inherited disease characterized by severe neonatal salt-wasting and caused by mutations in subunits of the amiloride-sensitive epithelial sodium channel (ENaC). A missense mutation (G37S) of the human ENaC beta subunit that causes loss of ENaC function and PHA-1 replaces a glycine that is conserved in the N-terminus of all members of the ENaC gene family. We now report an investigation of the mechanism of channel inactivation by this mutation. Homologous mutations, introduced into alpha, beta or gamma subunits, all significantly reduce macroscopic sodium channel currents recorded in Xenopus laevis oocytes. Quantitative determination of the number of channel molecules present at the cell surface showed no significant differences in surface expression of mutant compared with wild-type channels. Single channel conductances and ion selectivities of the mutant channels were identical to that of wild-type. These results suggest that the decrease in macroscopic Na currents is due to a decrease in channel open probability (P(o)), suggesting that mutations of a conserved glycine in the N-terminus of ENaC subunits change ENaC channel gating, which would explain the disease pathophysiology. Single channel recordings of channels containing the mutant alpha subunit (alphaG95S) directly demonstrate a striking reduction in P(o). We propose that this mutation favors a gating mode characterized by short-open and long-closed times. We suggest that determination of the gating mode of ENaC is a key regulator of channel activity.

Liddle's syndrome caused by a novel missense mutation (P617L) of the epithelial sodium channel beta subunit.

OBJECTIVE: The aim of the study was to search for mutations of SCNN1B and SCNN1G in an Italian family with apparently dominant autosomal transmission of a clinical phenotype consistent with Liddle's syndrome. METHODS: Genetic analysis was performed in the proband, his relatives, and 100 control subjects. To determine the functional role of the mutation identified in the proband, we expressed the mutant or wild-type epithelial sodium channel in Xenopus laevis oocytes. RESULTS: A novel point mutation, causing an expected substitution of a leucine residue for the second proline residue of the conserved PY motif (PPP x Y) of the beta subunit was identified in the proband. The functional expression of the mutant epithelial sodium channel in X. laevis oocytes showed a three-fold increase in the amiloride-sensitive current as compared with that of the wild-type channel. CONCLUSION: This newly identified mutation adds to other missense mutations of the PY motif of the beta subunit of the epithelial sodium channel, thus confirming its crucial role in the regulation of the epithelial sodium channel. To our knowledge, this is the first report of Liddle's syndrome in the Italian population, confirmed by genetic and functional analysis, with the identification of a gain-of-function mutation not previously reported.