Evolution of the epithelial sodium channel and the sodium pump as limiting factors of aldosterone action on sodium transport.

Despite large changes in salt intake, the mammalian kidney is able to maintain the extracellular sodium concentration and osmolarity within very narrow margins, thereby controlling blood volume and blood pressure. In the aldosterone-sensitive distal nephron (ASDN), aldosterone tightly controls the activities of epithelial sodium channel (ENaC) and Na,K-ATPase, the two limiting factors in establishing transepithelial sodium transport. It has been proposed that the ENaC/degenerin gene family is restricted to Metazoans, whereas the α- and β-subunits of Na,K-ATPase have homologous genes in prokaryotes. This raises the question of the emergence of osmolarity control. By exploring recent genomic data of diverse organisms, we found that: 1) ENaC/degenerin exists in all of the Metazoans screened, including nonbilaterians and, by extension, was already present in ancestors of Metazoa; 2) ENaC/degenerin is also present in Naegleria gruberi, an eukaryotic microbe, consistent with either a vertical inheritance from the last common ancestor of Eukaryotes or a lateral transfer between Naegleria and Metazoan ancestors; and 3) The Na,K-ATPase β-subunit is restricted to Holozoa, the taxon that includes animals and their closest single-cell relatives. Since the β-subunit of Na,K-ATPase plays a key role in targeting the α-subunit to the plasma membrane and has an additional function in the formation of cell junctions, we propose that the emergence of Na,K-ATPase, together with ENaC/degenerin, is linked to the development of multicellularity in the Metazoan kingdom. The establishment of multicellularity and the associated extracellular compartment ("internal milieu") precedes the emergence of other key elements of the aldosterone signaling pathway.

Sodium and potassium balance depends on αENaC expression in connecting tubule.

Mutations in α, β, or γ subunits of the epithelial sodium channel (ENaC) can downregulate ENaC activity and cause a severe salt-losing syndrome with hyperkalemia and metabolic acidosis, designated pseudohypoaldosteronism type 1 in humans. In contrast, mice with selective inactivation of αENaC in the collecting duct (CD) maintain sodium and potassium balance, suggesting that the late distal convoluted tubule (DCT2) and/or the connecting tubule (CNT) participates in sodium homeostasis. To investigate the relative importance of ENaC-mediated sodium absorption in the CNT, we used Cre-lox technology to generate mice lacking αENaC in the aquaporin 2-expressing CNT and CD. Western blot analysis of microdissected cortical CD (CCD) and CNT revealed absence of αENaC in the CCD and weak αENaC expression in the CNT. These mice exhibited a significantly higher urinary sodium excretion, a lower urine osmolality, and an increased urine volume compared with control mice. Furthermore, serum sodium was lower and potassium levels were higher in the genetically modified mice. With dietary sodium restriction, these mice experienced significant weight loss, increased urinary sodium excretion, and hyperkalemia. Plasma aldosterone levels were significantly elevated under both standard and sodium-restricted diets. In summary, αENaC expression within the CNT/CD is crucial for sodium and potassium homeostasis and causes signs and symptoms of pseudohypoaldosteronism type 1 if missing.

Modulation of the epithelial sodium channel by serine proteases

Abstract The epithelial sodium channel (ENaC) is composed of three homologous subunits α, ß, and γ. This channel is involved in the regulation of sodium balance, which influences the periciliary liquid level in the lung, and blood pressure via the kidney. ENaC expressed in Xenopus laevis oocytes is preferentially and rapidly assembled into heteromeric αßγ complexes. Expression of homomeric α or heteromeric αß and αγ complexes lead to channel expression at the cell surface wíth low activities. Recent studies have demonstrated that α and γ (but not ß) ENaC subunits undergo proteolytic cleavage by endogenous proteases (i.e. furin) correlating with increased channel activity. We therefore assayed the full-length subunits and their cleavage products at the cell surface, as well as in the intracellular pool for all homo- and heteromeric combínations (α, ß, γ, ßγ, αß, αγ, ßγ and αßγ) and measured the corresponding channel activities as amiloride-sensitive sodíum transport (INa). We showed that upon assembly, cleavage of the y ENaC subunit ís responsible for increasing INa. We further demonstrated that in disease states such as cystic fibrosis (CF) where there is disequilibrium in the proteaseprotease inhibitor balance, ENaC is over-activated by the serine protease elastase (NE). We demonstrated that elevated NE concentrations can cleave cell surface expressed γ ENaC (but not α, or ß ENaC), suggesting a causal relationship between γ ENaC cleavage and ENaC activation, taking place at the plasma membrane. In addition, we demonstrated that the serine protease inhibitor (serpin) serpinH1, which is co-expressed with ENaC in the distal nephron is capable of inhibiting the channel by preventing cleavage of the γ ENaC subunit. Aldosterone mediated increases in INa aze known to be inhibted by TGFß. TGFß is also known to increase serpinHl expression. The demonstrated inhibition of γ ENaC cleavage and channel activation by serpinH1 may be responsible for the effect of TGFß on aldosterone stimulation in the distal nephron. In summary, we show that cleavage of the γ subunit, but not the α or ß subunit is linked to channel activation in three seperate contexts. Résumé Le canal épithélial à sodium (ENaC) est constitué de trois sous-unités homologues α, ß, and γ. Ce canal est impliqué dans le maintien de la balance sodique qui influence le niveau du liquide périciliaire du poumon et la pression sanguine via le rein. Dans les ovocytes de Xenopus laevis ENaC est préférentiellement et rapidement exprimé en formant un complexe hétéromérique αßγ. En revanche, l'expression homomérique de α ou hétéromérique des complexes αß et αγ conduit à une expression à la surface cellulaire d'un canal ENaC ne possédant qu'une faible activité. Des études récentes ont mis en évidence que les sous-unités α et γ d'ENaC (mais pas ß) sont coupées par des protéases endogènes (les farines) et que ces clivages augmentent l'activité du canal. Nous avons donc analysé, aussi bien à la surface cellulaire que dans le cytoplasme, les produits des clivages de combinaison homo- et hétéromérique des sous-unités d'ENaC (α, ß, γ, ßγ, αß, αγ, ßγ et αßγ). En parallèle, nous avons étudié l'activité correspondante à ces canaux par la mesure du transport de sodium sensible à l'amiloride (INa). Nous avons montré que lors de l'assemblage des sous-unités d'ENaC, le clivage de γ correspond à l'augmentation de INa. Nous avons également mis en évidence que dans une maladie telle que la fibrose cystique (CF) caractérisée par un déséquilibre de la balance protéase-inhibiteur de protéase, ENaC est suractivé par une sérine protéase nommée élastase (NE). L'augmentation de la concentration de NE clive γ ENaC exprimé à la surface cellulaire (mais pas α, ni ß ENaC) suggérant une causalité entre le clivage d'ENaC et son activation à la membrane plasmique. De plus, nous avons démontré que l'inhibiteur de sérine protéase (serpin) serpinH1, qui est co-exprimé avec ENaC dans le néphron distal, inhibe l'activité du canal en empêchant le clivage de la sous-unité γ ENaC. Il est connu que le INa induit par l'aldostérone peut être inhibé par TGFß. Or TGFß augmente l'expression de serpinH1. L'inhibition du clivage de γ ENaC et de l'activation du canal par la serpinH1 que nous avons mis en évidence pourrait ainsi être responsable de l'effet de TGFß sur la stimulation du courant par l'aldostérone dans le néphron distal. En résumé, nous avons montré que le clivage de la sous-unité γ, mais pas des sous-unités α et ß, est lié à l'activation du canal dans trois contextes distincts. Résumé tout public Le corps humain est composé d'environ 10 000 milliards de cellules et d'approximativement 60% d'eau. Les cellules du corps sont les unités fondamentales de la vie et elles sont dépendantes de certains nutriments et molécules. Ces nutriments et molécules sont dissous dans l'eau qui est présente dans et hors des cellules. Le maintien d'une concentration adéquate - de ces nutriments et de ces molécules dans l'eau à l'intérieur et à l'extérieur des cellules est -..essentiel pour leur survie. L'eau hors des cellules est nommée le fluide extracellulaire et peut être subdivisée en fluide interstitiel, qui se trouve autour des cellules, et en plasma, qui est le fluide des vaisseaux sanguins. Les fluides, les nutriments et les molécules sont constamment échangés entre les cellules, le fluide interstitiel, et le plasma. Le plasma circule dans le système circulatoire afin de distribuer les nutriments et molécules dans tout le corps et afin d'enlever les déchets cellulaires. Le rein joue un rôle essentiel dans la régulation du volume et de la concentration du plasma en éliminant sélectivement les nutriments et les molécules via la formation de l'urine. L'être humain possède deux reins, constitués chacun d'environ 1 million de néphrons. Ces derniers sont responsables de réabsorber et de sécréter sélectivement les nutriments et les molécules. Le canal épithélial à sodium (ENaC) est localisé à la surface cellulaire des néphrons et est responsable de la réabsorption du sodium (Na+). Le Na+ est présent dans quasiment toute la nourriture que nous mangeons et représente, en terme de molécule, 50% du sel de cuisine. Si trop de sodium est consommé, ENaC est inactif, si bien que le Na+ n'est pas réabsorbé et quitte le corps par l'urine. Ce mécanisme permet d'éviter que la concentration plasmatique de Na+ ne devienne trop grande, ce qui résulterait en une augmentation de la pression sanguine. Si trop peu de Na+ est consommé, ENaC réabsorbe le Na+ de l'urine primaire ce qui permet de conserver la concentration de Na+ et de prévenir une diminution de la pression sanguine par une perte de Na+. ENaC est aussi présent dans les cellules des poumons qui sont les organes permettant la respiration. La respiration est aussi essentielle pour la survie des cellules. Les poumons ne doivent pas contenir trop de liquide afin de permettre la respiration, mais en même temps ils ne doivent pas non plus être trop secs. En effet, ceci tuerait les cellules et empêcherait aussi la respiration. ENaC permet de maintenir un niveau d'humidité approprié dans les poumons en absorbant du Na+ ce qui entraîne un mouvement osmotique d'eau. L'absorption de sodium par ENaC ~ est augmentée par les protéases (in vitro et ex vivo). Les protéases sont des molécules qui peuvent couper d'autres molécules à des endroits précis. Nous avons démonté que certaines protéases augmentent l'absorption de Na+ en coupant ENaC à des endroits spécifiques. L'inhibition de ces protéases diminue le transport de Na+ et empêche le clivage d'ENaC. Dans certaines maladies telle que la mucoviscidose, des protéases sont suractivées et augmentent l'activité d'ENaC de manière inappropriée conduisant à une trop forte absorption de Na+ et à un déséquilibre de la muqueuse des poumons. Cette étude est donc particulièrement importante dans le cadre de la recherche thérapeutique de ce genre de maladie.

Ras-association domain of sorting nexin 27 is critical for regulating expression of GIRK potassium channels

G protein-gated inwardly rectifying potassium (GIRK) channels play an important role in regulating neuronal excitability. Sorting nexin 27b (SNX27b), which reduces surface expression of GIRK channels through a PDZ domain interaction, contains a putative Ras-association (RA) domain with unknown function. Deleting the RA domain in SNX27b (SNX27b-DRA) prevents the down-regulation of GIRK2c/GIRK3 channels. Similarly, a point mutation (K305A) in the RA domain disrupts regulation of GIRK2c/GIRK3 channels and reduces H-Ras binding in vitro. Finally, the dominant-negative H-Ras (S17N) occludes the SNX27b-dependent decrease in surface expression of GIRK2c/GIRK3 channels. Thus, the presence of a functional RA domain and the interaction with Ras-like G proteins comprise a novel mechanism for modulating SNX27b control of GIRK channel surface expression and cellular excitability.

ENaC activity in collecting ducts modulates NCC in cirrhotic mice.

Cirrhosis is a frequent and severe disease, complicated by renal sodium retention leading to ascites and oedema. A better understanding of the complex mechanisms responsible for renal sodium handling could improve clinical management of sodium retention. Our aim was to determine the importance of the amiloride-sensitive epithelial sodium channel (ENaC) in collecting ducts in compensate and decompensate cirrhosis. Bile duct ligation was performed in control mice (CTL) and collecting duct-specific αENaC knockout (KO) mice, and ascites development, aldosterone plasma concentration, urinary sodium/potassium ratio and sodium transporter expression were compared. Disruption of ENaC in collecting ducts (CDs) did not alter ascites development, urinary sodium/potassium ratio, plasma aldosterone concentrations or Na,K-ATPase abundance in CCDs. Total αENaC abundance in whole kidney increased in cirrhotic mice of both genotypes and cleaved forms of α and γ ENaC increased only in ascitic mice of both genotypes. The sodium chloride cotransporter (NCC) abundance was lower in non-ascitic KO, compared to non-ascitic CTL, and increased when ascites appeared. In ascitic mice, the lack of αENaC in CDs induced an upregulation of total ENaC and NCC and correlated with the cleavage of ENaC subunits. This revealed compensatory mechanisms which could also take place when treating the patients with diuretics. These compensatory mechanisms should be considered for future development of therapeutic strategies.

Increased voltage-dependent K+ channel Kv1.3 and Kv1.5 expression correlates with leiomyosarcoma aggressiveness

Voltage-dependent K+ channels (Kv) are involved in the proliferation and differentiation of mammalian cells, since Kv antagonists impair cell cycle progression. Although myofibers are terminally differentiated, some myoblasts may re-enter the cell cycle and proliferate. Since Kv1.3 and Kv1.5 expression is remodeled during tumorigenesis and is involved in smooth muscle proliferation, the purpose of this study was to analyze the expression of Kv1.3 and Kv1.5 in smooth muscle neoplasms. In the present study, we examined human samples of smooth muscle tumors together with healthy speci­mens. Thus, leiomyoma (LM) and leiomyosarcoma (LMS) tumors were analyzed. Results showed that Kv1.3 was poorly expressed in the healthy muscle and indolent LM specimens, whereas aggressive LMS showed high levels of Kv1.3 expression. Kv1.5 staining was correlated with malignancy. The findings show a remodeling of Kv1.3 and Kv1.5 in human smooth muscle sarcoma. A correlation of Kv1.3 and Kv1.5 expression with tumor aggressiveness was observed. Thus, our results indicate Kv1.5 and Kv1.3 as potential tumorigenic targets for aggressive human LMS.

The role of the renal mineralocorticoid versus the glucocorticoid receptor in renal sodium and potassium transport

Dans le néphron distal sensible à l'aldostérone, le récepteur aux minéralocorticoïdes (RM) et le récepteur aux glucocorticoids (RG) sont exprimés et peuvent être liés et activés par l'aldostérone et le Cortisol, respectivement. La réabsorption rénale de sodium est principalement contrôlée par le RM. Cependant, des modèles expérimentaux in vitro et in vivo suggèrent que le RG pourrait également jouer un rôle dans le transport rénal du sodium. Afin d'étudier l'implication du RG et/ou du RM exprimés dans les cellules épithéliales adultes dans le transport rénal du sodium, nous avons généré deux modèles de souris, dans lesquelles l'expression du RG (Nr3c1Pax8/LC1) ou du RM (Nr3c2Pax8/LC1) peut être abolie de manière inductible et cela spécifiquement dans les tubules rénaux. Les souris déficientes pour le gène du RM survivent mais développent un phénotype sévère de PHA-1, caractérisé par un retard de croissance, une augmentation des niveaux urinaires de Na+, une diminution de la concentration du Na+ dans le plasma, une hyperkaliémie et une augmentation des niveaux d'aldostérone plasmatique. Ce phénotype empire et devient létal lorsque les souris sont nourries avec une diète déficiente en sodium. Les niveaux d'expression en protéine de NCC, de la forme phosphorylée de NCC et de aENaC sont diminués, alors que l'expression en ARN messager et en protéine du RG est augmentée. Une diète riche en Na+ et pauvre en K+ ne corrige pas la concentration élevée d'aldostérone dans le plasma pour la ramener à des niveaux conformes, mais est suffisante pour corriger la perte de poids et les niveaux anormaux des électrolytes dans le plasma et l'urine. -- In the aldosterone-sensitive distal nephron, both the mineralocorticoid (MR) and the glucocorticoid (GR) receptor are expressed. They can be bound and activated by aldosterone and Cortisol, respectively. Renal Na+ reabsorption is mainly controlled by MR. However, in vitro and in vivo experimental models suggest that GR may play a role in renal Na+ transport. Therefore, to investigate the implication of MR and/or GR in adult epithelial cells in renal sodium transport, we generated inducible renal tubule- specific MR (Nr3c2Pax8/LC1) and GR (Nr3c1Pax8/LC1) knockout mice. MR-deficient mice survived but developed a severe PHA-1 phenotype with failure to thrive, higher urinary Na+, decreased plasma Na+ levels, hyperkalemia and higher levels of plasma aldosterone. This phenotype further worsened and became lethal under a sodium-deficient diet. NCC protein expression and its phosphorylated form, as well as aENaC protein level were downregulated, whereas the mRNA and protein expression of GR was increased. A diet rich in Na+and low in K+ did not normalize plasma aldosterone to control levels, but was sufficient to restore body weight, plasma and urinary electrolytes. Upon switch to a Na+-deficient diet, GR-mutant mice exhibited transient increased urinary Na+ and decreased K+ levels, with transitory higher plasma K+ concentration preceded by a significant increase in plasma aldosterone levels within the 12 hours following diet switch. We found no difference in urinary aldosterone levels, plasma Na+ concentration and plasma corticosterone levels. Moreover, NHE3, NKCC2, NCC

Phenotypical analysis of mice deficient for the channel activating protease CAP2

Channel activating proteases (CAP) are membrane-bound serine proteases that have been identified as in vitro activators of the epithelial sodium channel (ENaC). Two of them are mainly studied in the laboratory. CAP1/Prss8 was previously shown implicated in colonic sodium homeostasis in vivo. In the first part of this thesis, we generated and characterized mice deficient for CAP2/Tmprss4. The mice are healthy and viable, and they do not show any obvious phenotype. We investigated ENaC activity and expression under regular and sodium- deficient diet, and we could demonstrate that CAP2 is not a major regulator of sodium homeostasis in vivo. We next studied whether CAP2 is implicated in potassium homeostasis. We detected a strong gender-dependency when CAP2 knock-out mice were put under a potassium-deficient diet. We showed in male mice an implication of CAP2 in the regulation of the colonic H+, K+- ATPase, and we propose an implication of membrane-associated progesterone receptors and their binding partners, as well as a possible cleavage-mediated glucocorticoid receptor signalling. We studied the possible interaction between CAPI and CAP2 by generating and characterizing two different mouse study groups, displaying different hypomorphic mutations in the CAPI gene, and deficient for CAP2. We demonstrate that balanced expression of CAPI and CAP2 is required for maintainance of skin integrity and for normal placental development. As CAPI knock-out embryos die due to a placental failure, the additional combined deletion of CAP2 resulted in survival until birth. We could evidence that CAPI and CAP2 are implicated in the same signalling pathway as proposed in cancer studies at the level of the placenta, implicating integrin a5, ERK, AKT, E- and N-cadherin. Furthermore, we investigated whether CAPI is implicated in the pathogenesis and susceptibility to experimental chronic colitis in a mutant rat model. By giving CAPI mutant rats Dextran sodium sulfate, we induced chronic inflammation of the colon, and we highlighted the protective role of CAPI at the histopathological and clinical levels. In conclusion, we showed that CAP2 is not a major regulator of ENaC-mediated sodium homeostasis in vivo, but rather a regulator of potassium homeostasis in a gender-dependent manner implicating the colonic H+, K+-ATPase, membrane progesterone receptors, and the glucocorticoid receptor. We have investigated whether CAPI and CAP2 interact at the functional level, and we show that a balanced expression of CAPI and CAP2 is required in the skin, but also in the placenta. Imbalanced expression of CAPI and CAP2 leads to impaired EMT-associated signalling. We have studied whether CAPI is implicated in the pathogenesis and susceptibility to chronic colitis, and we demonstrated the protective role of CAPI in distal colon. -- Les protéases activatrices de canal (CAP) sont des protéases à serine attachées à la membrane qui ont été identifiées comme activateurs in vitro du canal sodique épithélial (ENaC). Deux de ces protéases sont principalement étudiées dans le laboratoire. CAP1/Prss8 a été identifié préalablement comme impliqué dans l'homéostasie du sodium in vivo au niveau du côlon. Dans la première partie de cette thèse, nous avons généré et caractérisé des souris déficientes pour CAP2/Tmprss4. Les souris sont en bonne santé et viables, et elles ne présentent pas de phénotype visible. Nous avons étudié l'activité et l'expression d'ENaC sous diète normale et déficiente en sodium, et nous avons démontré que CAP2 n'est pas un régulateur essentiel de l'homéostasie sodique in vivo. Nous avons ensuite étudié si CAP2 est impliqué dans l'homéostasie du potassium. Nous avons détecté une forte dépendance du sexe lorsque les souris knock-out pour CAP2 étaient placées sous diète déficiente en potassium. Nous avons démontré dans les souris mâles une implication de CAP2 dans la régulation de la H+, K+- ATPase colonique, des récepteurs membranaires à la progestérone et de leur partenaires de liaison, ainsi que dans la possible signalisation médiée par le clivage du récepteur aux glucocorticoïdes. Nous avons étudié l'interaction possible entre CAPI et CAP2 en générant et en caractérisant deux groupes d'étude de souris différents, porteurs de différentes mutations hypomorphiques dans le gène de CAPI, et déficients pour CAP2. Nous avons pu montrer qu'une expression équilibrée de CAPI et CAP2 est requise pour le maintien de l'intégrité de la peau et pour le développement normal du placenta. Les embryons knock-out pour CAPI meurent suite à une défaillance placentaire, et la délétion additionnelle et combinée de CAP2 permet la survie jusqu'à la naissance. Nous supposons que CAPI et CAP2 sont impliqués dans la même voie de signalisation au niveau du placenta que celle proposée dans les études de cancer, impliquant l'intégrine a5, ERK, AKT, E- et N-cadhérine. De plus, nous avons étudié si CAPI est impliqué dans la pathogenèse et la susceptibilité de colite chronique expérimentale dans un modèle de rat mutant. En administrant aux rats mutants pour CAPI du Dextran sodium sulfate, nous avons induit une inflammation chronique du côlon, et nous avons pu mettre en évidence le rôle protecteur de CAPI au niveau histopathologique et au niveau clinique. En conclusion, nous avons démontré que CAP2 n'est pas un régulateur essentiel de l'homéostasie sodique médiée par ENaC in vivo, mais plutôt de l'homéostasie potassique d'une manière dépendante du sexe et impliquant la H+, K+-ATPase colonique, les récepteurs membranaires à la progestérone et le récepteur aux glucocorticoïdes. Nous avons étudié si CAPI et CAP2 interagissent au niveau fonctionnel, et nous avons montré qu'une expression équilibrée entre CAPI et CAP2 est requise dans la peau et le placenta. L'expression déséquilibrée de CAPI et CAP2 mène à une altération de la signalisation associée à l'EMT. Nous avons étudié si CAPI est impliqué dans la pathogenèse et la susceptibilité de colite chronique expérimentale, et nous avons démontré le rôle protecteur de CAPI dans le côlon distal.

Sensitive spectrophotometric determination of lamotrigine in bulk drug and pharmaceutical formulations using bromocresol green

Two new, simple, rapid and reproducible spectrophotometric methods have been developed for the determination of lamotrigine (LMT) both in pure form and in its tablets. The first method (method A) is based on the formation of a colored ion-pair complex (1:1 drug/dye) of LMT with bromocresol green (BCG) at pH 5.02±0.01 and extraction of the complex into dichloromethane followed by the measurement of the yellow ion-pair complex at 410 nm. In the second (method B), the drug-dye ion-pair complex was dissolved in ethanolic potassium hydroxide and the resulting base form of the dye was measured at 620 nm. Beer's law was obeyed in the concentration range of 1.5-15 µg mL-1 and 0.5-5.0 µg mL-1 for method A and method B, respectively, and the corresponding molar absorptivity values are 1.6932 x 10(4) and 3.748 x 10(4) L mol-1cm-1. The Sandell sensitivity values are 0.0151 and 0.0068 µg cm-2 for method A and method B, respectively. The stoichiometry of the ion-pair complex formed between the dug and dye (1:1) was determined by Job's continuous variations method and the stability constant of the complex was also calculated. The proposed methods were applied successfully for the determination of drug in commercial tablets.

Homogeneous assay technologies in drug screening: Quenching Resonance Energy Transfer (QRET) technique

Information gained from the human genome project and improvements in compound synthesizing have increased the number of both therapeutic targets and potential lead compounds. This has evolved a need for better screening techniques to have a capacity to screen number of compound libraries against increasing amount of targets. Radioactivity based assays have been traditionally used in drug screening but the fluorescence based assays have become more popular in high throughput screening (HTS) as they avoid safety and waste problems confronted with radioactivity. In comparison to conventional fluorescence more sensitive detection is obtained with time-resolved luminescence which has increased the popularity of time-resolved fluorescence resonance energy transfer (TR-FRET) based assays. To simplify the current TR-FRET based assay concept the luminometric homogeneous single-label utilizing assay technique, Quenching Resonance Energy Transfer (QRET), was developed. The technique utilizes soluble quencher to quench non-specifically the signal of unbound fraction of lanthanide labeled ligand. One labeling procedure and fewer manipulation steps in the assay concept are saving resources. The QRET technique is suitable for both biochemical and cell-based assays as indicated in four studies:1) ligand screening study of β2 -adrenergic receptor (cell-based), 2) activation study of Gs-/Gi-protein coupled receptors by measuring intracellular concentration of cyclic adenosine monophosphate (cell-based), 3) activation study of G-protein coupled receptors by observing the binding of guanosine-5’-triphosphate (cell membranes), and 4) activation study of small GTP binding protein Ras (biochemical). Signal-to-background ratios were between 2.4 to 10 and coefficient of variation varied from 0.5 to 17% indicating their suitability to HTS use.

Participation of ATP-sensitive K+ channels in the peripheral antinociceptive effect of fentanyl in rats

We examined the effect of several K+ channel blockers such as glibenclamide, tolbutamide, charybdotoxin (ChTX), apamin, tetraethylammonium chloride (TEA), 4-aminopyridine (4-AP), and cesium on the ability of fentanyl, a clinically used selective µ-opioid receptor agonist, to promote peripheral antinociception. Antinociception was measured by the paw pressure test in male Wistar rats weighing 180-250 g (N = 5 animals per group). Carrageenan (250 µg/paw) decreased the threshold of responsiveness to noxious pressure (delta = 188.1 ± 5.3 g). This mechanical hyperalgesia was reduced by fentanyl (0.5, 1.5 and 3 µg/paw) in a peripherally mediated and dose-dependent fashion (17.3, 45.3 and 62.6%, respectively). The selective blockers of ATP-sensitive K+ channels glibenclamide (40, 80 and 160 µg/paw) and tolbutamide (80, 160 and 240 µg/paw) dose dependently antagonized the antinociception induced by fentanyl (1.5 µg/paw). In contrast, the effect of fentanyl was unaffected by the large conductance Ca2+-activated K+ channel blocker ChTX (2 µg/paw), the small conductance Ca2+-activated K+ channel blocker apamin (10 µg/paw), or the non-specific K+ channel blocker TEA (150 µg/paw), 4-AP (50 µg/paw), and cesium (250 µg/paw). These results extend previously reported data on the peripheral analgesic effect of morphine and fentanyl, suggesting for the first time that the peripheral µ-opioid receptor-mediated antinociceptive effect of fentanyl depends on activation of ATP-sensitive, but not other, K+ channels.

An acid-sensing ion channel that detects ischemic pain

Ischemic pain occurs when there is insufficient blood flow for the metabolic needs of an organ. The pain of a heart attack is the prototypical example. Multiple compounds released from ischemic muscle likely contribute to this pain by acting on sensory neurons that innervate muscle. One such compound is lactic acid. Here, we show that ASIC3 (acid-sensing ion channel #3) has the appropriate expression pattern and physical properties to be the detector of this lactic acid. In rats, it is expressed only in sensory neurons and then only on a minority (~40%) of these. Nevertheless, it is expressed at extremely high levels on virtually all dorsal root ganglion sensory neurons that innervate the heart. It is extraordinarily sensitive to protons (Hill slope 4, half-activating pH 6.7), allowing it to readily respond to the small changes in extracellular pH (from 7.4 to 7.0) that occur during muscle ischemia. Moreover, both extracellular lactate and extracellular ATP increase the sensitivity of ASIC3 to protons. This final property makes ASIC3 a "coincidence detector" of three molecules that appear during ischemia, thereby allowing it to better detect acidosis caused by ischemia than other forms of systemic acidosis such as hypercapnia.

Effect of trimetazidine treatment on the transient outward potassium current of the left ventricular myocytes of rats with streptozotocin-induced type 1 diabetes mellitus

Cardiovascular complications are a leading cause of mortality in patients with diabetes mellitus (DM). The present study was designed to investigate the effects of trimetazidine (TMZ), an anti-angina drug, on transient outward potassium current (Ito) remodeling in ventricular myocytes and the plasma contents of free fatty acid (FFA) and glucose in DM. Sprague-Dawley rats, 8 weeks old and weighing 200-250 g, were randomly divided into three groups of 20 animals each. The control group was injected with vehicle (1 mM citrate buffer), the DM group was injected with 65 mg/kg streptozotocin (STZ) for induction of type 1 DM, and the DM + TMZ group was injected with the same dose of STZ followed by a 4-week treatment with TMZ (60 mg·kg-1·day-1). All animals were then euthanized and their hearts excised and subjected to electrophysiological measurements or gene expression analyses. TMZ exposure significantly reversed the increased plasma FFA level in diabetic rats, but failed to change the plasma glucose level. The amplitude of Ito was significantly decreased in left ventricular myocytes from diabetic rats relative to control animals (6.25 ± 1.45 vs 20.72 ± 2.93 pA/pF at +40 mV). The DM-associated Ito reduction was attenuated by TMZ. Moreover, TMZ treatment reversed the increased expression of the channel-forming alpha subunit Kv1.4 and the decreased expression of Kv4.2 and Kv4.3 in diabetic rat hearts. These data demonstrate that TMZ can normalize, or partially normalize, the increased plasma FFA content, the reduced Ito of ventricular myocytes, and the altered expression Kv1.4, Kv4.2, and Kv4.3 in type 1 DM.

Effect of salt intake and potassium supplementation on brachial-ankle pulse wave velocity in Chinese subjects: an interventional study

Accumulating evidence has suggested that high salt and potassium might be associated with vascular function. The aim of this study was to investigate the effect of salt intake and potassium supplementation on brachial-ankle pulse wave velocity (PWV) in Chinese subjects. Forty-nine subjects (28-65 years of age) were selected from a rural community of northern China. All subjects were sequentially maintained on a low-salt diet for 7 days (3.0 g/day NaCl), a high-salt diet for an additional 7 days (18.0 g/day NaCl), and a high-salt diet with potassium supplementation for a final 7 days (18.0 g/day NaCl+4.5 g/day KCl). Brachial-ankle PWV was measured at baseline and on the last day of each intervention. Blood pressure levels were significantly increased from the low-salt to high-salt diet, and decreased from the high-salt diet to high-salt plus potassium supplementation. Baseline brachial-ankle PWV in salt-sensitive subjects was significantly higher than in salt-resistant subjects. There was no significant change in brachial-ankle PWV among the 3 intervention periods in salt-sensitive, salt-resistant, or total subjects. No significant correlations were found between brachial-ankle PWV and 24-h sodium and potassium excretions. Our study indicates that dietary salt intake and potassium supplementation, at least in the short term, had no significant effect on brachial-ankle PWV in Chinese subjects.

Influence des glycines du lien S4-S5 sur le couplage électromécanique des canaux ioniques dépendants du voltage

Les canaux potassiques dépendants du voltage sont formés de quatre sous-unités, chacune possédant six segments transmembranaires (S1-S6) et une boucle (p-loop) qui se trouve entre le cinquième et le sixième segment au niveau du pore. Il est connu que le segment senseur du voltage (S1-S4) subit un mouvement lorsque le potentiel membranaire change. Pour ouvrir le canal, il est nécessaire de transférer l'énergie du senseur du voltage (généré par le mouvement des charges positives de S4) au pore. Le mécanisme exact de ce couplage électromécanique est encore sous étude. Un des points de liaison entre le senseur de voltage et le pore est le lien physique fait par le segment S4-S5 (S45L). Le but de cette étude est de déterminer l'influence de la flexibilité du segment S45L sur le processus de couplage. Dans le S45L, trois glycines sont distribuées dans des positions différentes. Elles sont responsables de la flexibilité des hélices-alpha. Ces glycines (mais pas leurs positions exactes) sont conservées pour tous les canaux potassiques dépendants de potentiel. En utilisant la technique de mutagènes dirigé, la glycine a été remplacée dans chacune de ces différentes positions par une alanine et dans une deuxième étape, par une proline (pour introduire un angle dans l'hélice). Pour étudier le comportement des canaux dans cette nouvelle conformation, on a appliqué la technique de « patch clamp » pour déterminer les effets lors de l'ouverture du pore (courant ionique). Avec le « cut-open oocyte voltage-clamp », nous avons étudié les effets sur le mouvement du senseur de voltage (courant “gating”) et la coordination temporelle avec l'ouverture du pore (courant ionique). Les données ont montré qu’en réduisant la flexibilité dans le S45L, il faut avoir plus d'énergie pour faire ouvrir le canal. Le changement pour une proline suggère que le mouvement du senseur est indépendant du pore pendant l'ouverture du canal.