Glycosphingolipids modulate renal phosphate transport in potassium deficiency

Background. Potassium (K) deficiency (KD) and/or hypokalemia have been associated with disturbances of phosphate metabolism The purpose of the present study was to determine the cellular mechanisms that mediate the impairment of renal proximal tubular Na/Pi cotransport in a model of K deficiency in the rat. Methods. K deficiency in the rat was achieved by feeding rats a K-deficient diet for seven days. which resulted in a marked decrease in serum and tissue K content. Results. K deficiency resulted in a marked increase in urinary Pi excretion and a decrease in the V-max of brush-border membrane (BBM) Na/Pi cotransport activity (1943 95 in control vs. 1183 +/- 99 pmol/5 sec/mg BBM protein in K deficiency. P < 0.02). Surprisingly. the decrease in Na/Pi cotransport activity was associated with increases in the abundance of type I (NaPi-1). and type II (NaPi-2) and type III (Glvr-1) Na/Pi protein. The decrease in Na/Pi transport was associated with significant alterations in BBM lipid composition, including increases in sphingomyelin. glucosylceramide. and ganglioside GM, content and a decrease in BBM lipid fluidity. Inhibition of glucosylceramide synthesis resulted in increases in BBM Na/Pi cotransport activity in control and K-deficient rats. The resultant Na/Pi cotransport activity in K-deficit nt rats was the same as in control rats (1148 +/- 52 in control + PDMP vs. 11.52 +/- 61 pmol/5 sec/mg BBM protein in K deficiency + PDMP). These changes in transport activity occurred independent of further changes in BBM NaPi-2 protein or renal cortical NaPi-2 mRNA abundance. Conclusion. K deficiency in the rat causes inhibition of renal Na/Pi cotransport activity by post-translational mechanisms that are mediated in part through alterations in glucosylceramide content and membrane lipid dynamics.

Bicc1 links the regulation of cAMP signaling in polycystic kidneys to microRNA-induced gene silencing.

Genetic defects in autosomal-dominant polycystic kidney disease (ADPKD) promote cystic growth of renal tubules, at least in part by stimulating the accumulation of cAMP. How renal cAMP levels are regulated is incompletely understood. We show that cAMP and the expression of its synthetic enzyme adenylate cyclase-6 (AC6) are up-regulated in cystic kidneys of Bicc1(-)(/-) knockout mice. Bicc1, a protein comprising three K homology (KH) domains and a sterile alpha motif (SAM), is expressed in proximal tubules. The KH domains independently bind AC6 mRNA and recruit the miR-125a from Dicer, whereas the SAM domain enables silencing by Argonaute and TNRC6A/GW182. Bicc1 similarly induces silencing of the protein kinase inhibitor PKIα by miR-27a. Thus, Bicc1 is needed on these target mRNAs for silencing by specific miRNAs. The repression of AC6 by Bicc1 might explain why cysts in ADPKD patients preferentially arise from distal tubules.

Mouse GLUT9: evidences for a urate uniporter.

GLUT9 (SLC2A9) is a newly described urate transporter whose function, characteristics, and localization have just started to be elucidated. Some transport properties of human GLUT9 have been studied in the Xenopus laevis oocyte expression system, but the type of transport (uniport, coupled transport system, stoichiometry ... .) is still largely unknown. We used the same experimental system to characterize in more detail the transport properties of mouse GLUT9, its sensitivity to several uricosuric drugs, and the specificities of two splice variants, mGLUT9a and mGLUT9b. [(14)C]urate uptake measurements show that both splice variants are high-capacity urate transporters and have a K(m) of approximately 650 microM. The well-known uricosuric agents benzbromarone (500 microM) and losartan (1 mM) inhibit GLUT9-mediated urate uptake by 90 and 50%, respectively. Surprisingly, phloretin, a glucose-transporter blocker, inhibits [(14)C]urate uptake by approximately 50% at 1 mM. Electrophysiological measurements suggest that urate transport by mouse GLUT9 is electrogenic and voltage dependent, but independent of the Na(+) and Cl(-) transmembrane gradients. Taken together, our results suggest that GLUT9 works as a urate (anion) uniporter. Finally, we show by RT-PCR performed on RNA from mouse kidney microdissected tubules that GLUT9a is expressed at low levels in proximal tubules, while GLUT9b is specifically expressed in distal convoluted and connecting tubules. Expression of mouse GLUT9 in the kidney differs from that of human GLUT9, which could account for species differences in urate handling.

Effect of thyroparathyroidectomy on urinary acidification in diabetic rats

In previous studies we have shown stimulation of renal acid excretion in the proximal tubules of rats with diabetes of short duration, with no important alterations in glomerular hemodynamics; on the other hand, in thyroparathyroidectomized rats (TPTX model), a significant decrease in renal acid excretion, glomerular filtration rate (GFR) and renal plasma flow (RPF) was detected. Since important changes in the parathyroid hormone-vitamin D-Ca axis are observed in the diabetic state, the present study was undertaken to investigate the renal repercussions of thyroparathyroidectomy in rats previously made diabetic by streptozotocin (45 mg/kg). Four to 6 days after the induction of diabetes (DM), a group of rats were thyroparathyroidectomized (DM + TPTX). Renal functional parameters were evaluated by measuring the inulin and sodium para-aminohippurate clearance on the tenth day. The decrease in the GFR and RPF observed in TPTX was not reversed by diabetes since the same alterations were observed in DM + TPTX. Net acid (NA) excretion was unchanged in DM (6.19 ± 0.54), decreased in TPTX (3.76 ± 0.25) and returned to normal levels in DM + TPTX (5.54 ± 0.72) when compared to the control group (6.34 ± 0.14 µmol min-1 kg-1). The results suggest that PTH plays an important vasodilator role regarding glomerular hemodynamics, since in its absence the impairment in GFR and RPF was not reversed by the diabetic state. However, with respect to acid excretion, the presence of diabetes was able to overcome the negative stimulus represented by TPTX.

Rôle du système rénine-angiotensine intrarénal dans l’hypertension et les dommages rénaux chez les souris transgéniques diabétiques

Plusieurs expériences et études cliniques ont démontré que l’activation du système rénine-angiotensine (RAS) peut induire l’hypertension, un facteur de risque majeur pour les maladies cardiovasculaires et rénales. L’angiotensinogène (Agt) est l’unique substrat du RAS. Cependant, il n’a pas encore été démontré si l’activation du RAS intrarénal peut à elle seule induire des dommages rénaux, indépendamment de l’hypertension systémique, et ainsi jouer un rôle prépondérant dans la progression de la néphropathie diabétique. Afin d’explorer le rôle du RAS intrarénal dans les dommages rénaux, un diabète a été induit par l’injection de streptozotocin chez des souris transgéniques (Tg) surexprimant l’Agt de rat dans les cellules des tubules proximaux du rein (RPTC). Les souris Tg diabétiques ont été traitées soit avec des inhibiteurs du RAS (perindopril et losartan), de l’insuline ou une combinaison des deux pour 4 semaines avant d’être euthanasiées. Pour une autre étude, des souris Tg non-diabétiques ont été traitées soit avec des inhibiteurs du RAS, l’hydralazine (vasodilatateur) ou l’apocynine (inhibiteur de la NADPH oxydase) pour une période de 8 semaines avant l’euthanasie. Des souris non-Tg ont été utilisées comme contrôles. Des cellules immortalisées de tubule proximal de rat (IRPTC) transfectées de manière stable avec un plasmide contenant l’Agt ou un plasmide contrôle ont été employées comme modèle in vitro. Nos résultats ont démontré que les souris Tg présentaient une augmentation significative de la pression systolique, l’albuminurie, l’apoptose des RPTC et l’expression de gènes pro-apoptotiques par rapport aux souris non-Tg. Les mêmes changements ont été observés chez les souris Tg diabétiques par rapport aux souris non-Tg diabétiques. L’insuline et/ou les inhibiteurs du RAS ont permis d’atténuer ces changements, sauf l’hypertension qui n’était réduite que par les inhibiteurs du RAS. Chez les IRPTC transfectées avec l’Agt in vitro, les hautes concentrations de glucose augmentent l’apoptose et l’activité de la caspase-3 par rapport aux cellules contrôles et l’insuline et/ou les inhibiteurs du RAS empêchent ces augmentations. En plus des changements physiologiques, les RPTC des souris Tg présentent aussi une augmentation significative de la production des espèces réactive de l’oxygène (ROS) et de l’activité de la NADPH oxydase, ainsi qu’une augmentation de l’expression du facteur de croissance transformant-beta 1 (TGF-β1), de l’inhibiteur activateur du plasminogène de type 1 (PAI-1), des protéines de la matrice extracellulaire, du collagène de type IV et de la sousunité p47 de la NADPH oxydase. Le traitement des souris Tg avec l’apocynine et le perindopril a permis d’améliorer tous ces changements, sauf l’hypertension qui n’était pas corrigée par l’apocynine. D’autre part, l’hydralazine a prévenu l’hypertension, sans modifier l’albuminurie, l’apoptose des RPTC ou l’expression des gènes pro-apoptotiques. Ces résultats montrent bien que l’activation du RAS intrarénal et l’hyperglycémie agissent de concert pour induire l’albuminurie et l’apoptose des RPTC, indépendamment de l’hypertension systémique. La génération des ROS via l’activation de la NADPH oxydase induit en partie l’action du RAS intrarénal sur l’apoptose des RPTC, la fibrose tubulo-interstitielle et l’albuminurie chez les souris Tg. D’autre part, une expérience en cours a tenté d’encore mieux délimiter les effets de l’activation du RAS intrarénal, tout en éliminant la néphrotoxicité du STZ. Pour cette étude, les souris Tg surexprimant l’Agt de rat dans leurs RPTC ont été croisées aux souris Ins2Akita, un modèle spontané de diabète de type I, afin de générer des souris Akita-rAgt-Tg. Les résultats préliminaires indiquent que le RAS intrarénal est activé dans les souris Akita et que la combinaison avec l’hyperglycémie induit du stress du réticulum endoplasmique (ER) dans les RPTC in vivo. Le stress du ER contribue à l’apoptose des RPTC observée dans le diabète, à tout le moins dans le modèle Akita. Le traitement avec des inhibiteurs du RAS permet d’atténuer certains des dommanges rénaux observés dans les souris Akita-rAgt-Tg.

Le diabète maternel influence la morphogenèse rénale et la programmation périnatale

Le diabète maternel est un facteur de risque majeur pour le développement de malformations congénitales. Dans le syndrome de l’embryopathie diabétique, l’exposition prolongée du fœtus à de hautes concentrations ambientes de glucose induit des dommages qui peuvent affecter plusieurs organes, dont les reins. Les malformations rénales sont la cause de près de 40 pourcent des cas d’insuffisance rénale infantile. L’hyperglycémie constitue un environnement utérin adverse qui nuit à la néphrogenèse et peut causer l’agenèse, la dysplasie (aplasie) ou l’hypoplasie rénale. Les mécanismes moléculaires par lesquels les hautes concentrations ambientes de glucose mènent à la dysmorphogenèse et aux malformations demeurent toutefois mal définis. Le diabète maternel prédispose aussi la progéniture au développement d’autres problèmes à l’âge adulte, tels l’hypertension, l’obésité et le diabète de type 2. Ce phénomène appelé ‘programmation périnatale’ a suscité l’intérêt au cours des dernières décennies, mais les mécanismes responsables demeurent mal compris. Mes études doctorales visaient à élucider les mécanismes moléculaires par lesquels le diabète maternel ou un environnement in utero hyperglycémique affecte la néphrogenèse et programme par la suite la progéniture a développer de l’hypertension par des observations in vitro, ex vivo et in vivo. Nous avons utilisé les cellules MK4, des cellules embryonnaires du mésenchyme métanéphrique de souris, pour nos études in vitro et deux lignées de souris transgéniques (Tg) pour nos études ex vivo et in vivo, soient les souris HoxB7-GFP-Tg et Nephrin-CFP-Tg. Les souris HoxB7-GFP-Tg expriment la protéine fluorescente verte (GFP) dans le bourgeon urétérique (UB), sous le contrôle du promoteur HoxB7. Les souris Nephrin-CFP expriment la protéine fluorescente cyan (CFP) dans les glomérules, sous le contrôle du promoteur nephrin spécifique aux podocytes. Nos études in vitro visaient à déterminer si les hautes concentrations de glucose modulent l’expression du gène Pax2 dans les cellules MK4. Les cellules MK4 ont été traitées pendant 24h avec du milieu contenant soit 5mM D-glucose et 20mM D-mannitol ou 25mM D-glucose et avec ou sans antioxydants ou inhibiteurs de p38 MAPK, p44/42 MAPK, PKC et NF-kB. Nos résultats ont démontré que le D-glucose élevé (25mM) augmente la génération des espèces réactives de l’oxygène (ROS) dans les cellules MK4 et induit spécifiquement l’expression du gène Pax2. Des analogues du glucose tels le D-mannitol, L-glucose ou le 2-Deoxy-D-glucose n’induisent pas cette augmentation dans les cellules MK4. La stimulation de l’expression du gène Pax2 par le D-glucose dans les cellules MK4 peut être bloquée par des inhibiteurs des ROS et de NF-kB, mais pas par des inhibiteurs de p38 MAPK, p44/42 MAPK ou PKC. Ces résultats indiquent que la stimulation de l’expression du gène Pax2 par les concentrations élevées de glucose est due, au moins en partie, à la génération des ROS et l’activation de la voie de signalisation NF-kB, et non pas via les voies PKC, p38 MAPK et p44/42 MAPK. Nos études ex vivo s’intéressaient aux effets d’un milieu hyperglycémique sur la morphogenèse de la ramification du bourgeon urétérique (UB). Des explants de reins embryonnaires (E12 à E18) ont été prélevés par micro-dissection de femelles HoxB7-GFP gestantes. Les explants ont ensuite été cultivés dans un milieu contenant soit 5mM D-glucose et 20mM D-mannitol ou 25mM D-glucose et avec ou sans antioxydants, catalase ou inhibiteur de PI3K/AKT pour diverses durées. Nos résultats ont démontré que le D-glucose stimule la ramification du UB de manière spécifique, et ce via l’expression du gène Pax2. Cette augmentation de la ramification et de l’expression du gène Pax2 peut être bloquée par des inhibiteurs des ROS et de PI3K/AKT. Ces études ont démontré que les hautes concentrations de glucose altèrent la morphogenèse de la ramification du UB via l’expression de Pax2. L’effet stimulant du glucose semble s’effectuer via la génération des ROS et l’activation de la voie de signalisation Akt. Nos études in vivo visaient à déterminer le rôle fondamental du diabète maternel sur les défauts de morphogenèse rénale chez la progéniture. Dans notre modèle animal, le diabète maternel est induit par le streptozotocin (STZ) chez des femelles HoxB7-GFP gestantes (E13). Les souriceaux ont été étudiés à différents âges (naissants et âgés de une, deux ou trois semaines). Nous avons examiné leurs morphologie rénale, nombre de néphrons, expression génique et les événements apoptotiques lors de cette étude à court terme. La progéniture des mères diabétiques avait un plus faible poids, taille et poids des reins, et possédait des glomérules plus petits et moins de néphrons par rapport à la progéniture des mères contrôles. La dysmorphogenèse rénale observée est peut-être causée par l’augmentation de l’apoptose des cellules dans la région du glomérule. Nos résultats ont montré que les souriceaux nés de mères diabétiques possèdent plus de podocytes apoptotiques et plus de marquage contre la caspase-3 active dans leurs tubules rénaux que la progéniture des mères contrôles. Les souriceaux des mères diabétiques montrent une augmentation de l’expression des composants du système rénine angiotensine (RAS) intrarénal comme l’angiotensinogène et la rénine, ainsi qu’une augmentation des isoformes p50 et p65 de NF-kB. Ces résultats indiquent que le diabète maternel active le RAS intrarénal et induit l’apoptose des glomérules, menant à une altération de la morphogenèse rénale de la progéniture. En conclusion, nos études ont permis de démontrer que le glucose élevé ou l’environnement in utero diabétique altère la morphogenèse du UB, qui résulte en un retard dans la néphrogenèse et produit des reins plus petits. Cet effet est dû, au moins en partie, à la génération des ROS, à l’activation du RAS intrarénal et à la voie NF-kB. Nos études futures se concentreront sur les mécanismes par lesquels le diabète maternel induit la programmation périnatale de l’hypertension chez la progéniture adulte. Cette étude à long terme porte sur trois types de progénitures : adultes nés de mères contrôles, diabétiques ou diabétiques traitées avec insuline pendant la gestation. Nous observerons la pression systolique, la morphologie rénale et l’expression de divers gènes et protéines. Nous voulons de plus déterminer si la présence d’un système antioxydant (catalase) peut protéger la progéniture des effets néfastes des ROS causés par l’environnement in utero hyperglycémique. Les souris Catalase-Tg expriment la catalase spécifiquement dans les tubules proximaux et nous permettrons d’explorer notre hypothèse sur le rôle des ROS dans notre modèle expérimental de diabète maternel.

Caractérisation du gène de l'enzyme de conversion de l'angiotensine-2 dans le rein diabétique et implication dans le développement de la néphropathie diabétique et de l'hypertension

De nombreuses études ont bien démontré que l’activation du système rénine-angiotensine (RAS) joue un rôle important dans le développement de l’hypertension et de la néphropathie diabétique (DN). La découverte de l’enzyme de conversion de l’angiotensine-2 (ACE2) et l’identification du récepteur MAS, spécifique pour l’angiotensine 1-7 (Ang 1-7), ont permis d’identifier deux nouveaux membres du RAS. L’axe ACE2/Ang 1-7/MAS contrebalance les effets de l’axe ACE/Ang II/AT1. Plusieurs évidences impliquent la contribution du RAS intrarénal dans la DN. Des études réalisées dans notre laboratoire avec des souris transgéniques surexprimant l’angiotensinogène de rat dans les cellules de leurs tubules proximaux rénaux (RPTCs) ont permis de démontrer l’importance du RAS intrarénal dans l’induction de l’hypertension et les dommages rénaux. Nous avons également observé que l’expression rénale de l’ACE2 et les niveaux urinaires d’ANG 1-7 sont plus faibles chez les souris Akita (diabète de type 1) et qu’un traitement avec des bloqueurs du RAS permet de normaliser l’expression de l’ACE2 et de prévenir le développement de l’hypertension dans le modèle des souris Akita. Dans un milieu diabétique, à la fois la glycémie et l’angiotensine II (Ang II) peuvent induire la génération des espèces réactives de l’oxygène (ROS), contribuant ainsi aux dommages rénaux. Afin d’explorer la relation entre les ROS, ACE2 et la DN, nous avons créé des souris Akita transgéniques surexprimant la catalase (Cat) dans les RPTCs, en croisant des souris Akita diabétique de type 1 à notre modèle de souris transgéniques surexprimant la Cat de rat dans les RPTCs. Dans une seconde étude, des souris Akita ont été traitées avec l’Ang 1-7 ou une combinaison d’Ang 1-7 et de son antagoniste, A779, afin d’étudier la relation entre l’action de l’Ang 1-7, l’hypertension systolique (sHTN), le stress oxydatif, les dommages rénaux, ACE2 et l’expression du récepteur Mas. Nos résultats ont montré que la surexpression de Cat atténue le stress oxydatif rénal; prévient l’hypertension, améliore le taux de filtration glomérulaire, l’albuminurie, l’hypertrophie rénale, la fibrose tubulo-interstitielle et l’apoptose tubulaire; et supprime l’expression des gènes profibrotiques et proapoptotiques dans les RPTCs des souris Akita Cat-Tg lorsque comparées aux souris Akita. De plus, la surexpression de Cat dans les RPTC des souris Akita normalise l’expression rénale de l’ACE2 et les niveaux urinaires d’Ang 1-7. D’autre part, l’administration d’Ang 1-7 prévient l’hypertension systémique, normalise le ratio albumine/créatinine urinaire et atténue l’hyperfiltration glomérulaire des souris Akita, sans affecter la glycémie sanguine. De plus, le traitement avec l’Ang 1-7 atténue aussi le stress oxydatif et l’expression de la NADPH oxydase, Agt, ACE, TGF-β1 (transforming growth factor-β1) et collagène IV, tout en augmentant l’expression de l’ACE2 et du récepteur Mas dans les reins des souris Akita. Ces effets sont renversés par la co-admininstration d’A779. Ces résultats démontrent que la surexpression de Cat prévient l’hypertension et la progression de la néphropathie, en plus de mettre en lumière l’importance du stress oxydatif intrarénal et l’expression de l’ACE2 comme facteurs contribuant à l’hypertension et les dommages rénaux observés dans le diabète. En outre, nos données suggèrent que l’Ang 1-7 joue un rôle protecteur dans l’hypertension et les dommages aux RPTC dans le diabète, principalement en réduisant les voies de signalisations du stress oxydatif dans les reins et en normalisant l’expression de l’ACE2 et du récepteur Mas. Nos résultats indiquent aussi que l’Ang 1-7 pourrait agir comme un agent thérapeutique potentiel dans le traitement de l’hypertension systémique et les dommages rénaux observés dans le diabète. En conséquence, l’Ang 1-7 est responsable du rôle protecteur de l’ACE2 dans l’hypertension et la DN.

Proteomic analysis of plasma membrane vesicles isolated from the rat renal cortex

Polarized epithelial cells are responsible for the vectorial transport of solutes and have a key role in maintaining body fluid and electrolyte homeostasis. Such cells contain structurally and functionally distinct plasma membrane domains. Brush border and basolateral membranes of renal and intestinal epithelial cells can be separated using a number of different separation techniques, which allow their different transport functions and receptor expressions to be studied. In this communication, we report a proteomic analysis of these two membrane segments, apical and basolateral, obtained from the rat renal cortex isolated by two different methods: differential centrifugation and free-flow electrophoresis. The study was aimed at assessing the nature of the major proteins isolated by these two separation techniques. Two analytical strategies were used: separation by sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) at the protein level or by cation-exchange high-performance liquid chromatography (HPLC) after proteolysis (i.e., at the peptide level). Proteolytic peptides derived from the proteins present in gel pieces or from HPLC fractions after proteolysis were sequenced by on-line liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS). Several hundred proteins were identified in each membrane section. In addition to proteins known to be located at the apical and basolateral membranes, several novel proteins were also identified. In particular, a number of proteins with putative roles in signal transduction were identified in both membranes. To our knowledge, this is the first reported study to try and characterize the membrane proteome of polarized epithelial cells and to provide a data set of the most abundant proteins present in renal proximal tubule cell membranes.

Proteomic analysis of plasma membrane vesicles isolated from the rat renal cortex

Polarized epithelial cells are responsible for the vectorial transport of solutes and have a key role in maintaining body fluid and electrolyte homeostasis. Such cells contain structurally and functionally distinct plasma membrane domains. Brush border and basolateral membranes of renal and intestinal epithelial cells can be separated using a number of different separation techniques, which allow their different transport functions and receptor expressions to be studied. In this communication, we report a proteomic analysis of these two membrane segments, apical and basolateral, obtained from the rat renal cortex isolated by two different methods: differential centrifugation and free-flow electrophoresis. The study was aimed at assessing the nature of the major proteins isolated by these two separation techniques. Two analytical strategies were used: separation by sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) at the protein level or by cation-exchange high-performance liquid chromatography (HPLC) after proteolysis (i.e., at the peptide level). Proteolytic peptides derived from the proteins present in gel pieces or from HPLC fractions after proteolysis were sequenced by on-line liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS). Several hundred proteins were identified in each membrane section. In addition to proteins known to be located at the apical and basolateral membranes, several novel proteins were also identified. In particular, a number of proteins with putative roles in signal transduction were identified in both membranes. To our knowledge, this is the first reported study to try and characterize the membrane proteome of polarized epithelial cells and to provide a data set of the most abundant proteins present in renal proximal tubule cell membranes.

Long-term regulation of vacuolar H(+)-ATPase by angiotensin II in proximal tubule cells

Long-term effects of angiotensin II (Ang II) on vacuolar H(+)-ATPase were studied in a SV40-transformed cell line derived from rat proximal tubules (IRPTC). Using pH(i) measurements with the fluorescent dye BCECF, the hormone increased Na(+)-independent pH recovery rate from an NH(4)Cl pulse from 0.066 +/- 0.014 pH U/min (n = 7) to 0.14 +/- 0.021 pH U/min (n = 13; p < 0.05) in 10 h Ang II (10(-9) M)-treated cells. The increased activity of H(+)-ATPase did not involve changes in mRNA or protein abundance of the B2 subunit but increased cell surface expression of the V-ATPase. Inhibition of tyrosine kinase by genistein blocked Ang II-dependent stimulation of H(+)-ATPase. Inhibition of phosphatidylinositol-3-kinase (PI3K) by wortmannin and of p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK) by SB 203580 also blocked this effect. Thus, long-term exposure of IRPTC cells to Ang II causes upregulation of H(+)-ATPase activity due, at least in part, to increased B2 cell surface expression. This regulatory pathway is dependent on mechanisms involving tyrosine kinase, p38 MAPK, and PI3K activation.

Role of CFTR and ClC-5 in Modulating Vacuolar H(+)-ATPase Activity in Kidney Proximal Tubule

Background/Aims: It has been widely accepted that chloride ions moving along chloride channels act to dissipate the electrical gradient established by the electrogenic transport of H(+) ions performed by H(+)-ATPase into subcellular vesicles. Largely known in intracellular compartments, this mechanism is also important at the plasma membrane of cells from various tissues, including kidney. The present work was performed to study the modulation of plasma membrane H(+)-ATPase by chloride channels, in particular, CFTR and ClC-5 in kidney proximal tubule. Methods and Results: Using in vivo stationary microperfusion, it was observed that ATPase-mediated HCO(3)(-) reabsorption was significantly reduced in the presence of the Cl(-) channels inhibitor NPPB. This effect was confirmed in vitro by measuring the cell pH recovery rates after a NH(4)Cl pulse in immortalized rat renal proximal tubule cells, IRPTC. In these cells, even after abolishing the membrane potential with valinomycin, ATPase activity was seen to be still dependent on Cl(-). siRNA-mediated CFTR channels and ClC-5 chloride-proton exchanger knockdown significantly reduced H(+)-ATPase activity and V-ATPase B2 subunit expression. Conclusion: These results indicate a role of chloride in modulating plasma membrane H(+)-ATPase activity in proximal tubule and suggest that both CFTR and ClC-5 modulate ATPase activity. Copyright (C) 2010 S. Karger AG, Basel

Acute and short-term insulin-induced molecular adaptations of GLUT2 gene expression in the renal cortex of diabetic rats

Increased GLUT2 gene expression in the renal proximal tubule of diabetic rats is an adaptive condition, which may be important in the diabetic nephropathy development. We investigated the effects of insulin treatment upon the renal GLUT2 overexpression of diabetic rats. Acute treatment, surprisingly, induced a rapid further increase in GLUT2 mRNA content. Twelve hours after insulin injection, GLUT2 mRNA was twice the value of saline-injected rats (P < 0.001), when GLUT2 protein remained unchanged. In response to short-term treatment, both GLUT2 mRNA and protein were increased in 1-day treated rats (P < 0.05 versus saline-injected), decreasing after that, and reaching, within 6 days, values close to those of non-diabetic rats. Concluding, insulin treatment induced: initially, an additional upregulation of GLUT2 gene expression, involving posttranscriptional modulation; thereafter, downregulation of GLUT2 expression, which returns to non-diabetic levels. The former may be related to increased insulin concentration, the latter may be due to glycemic control. © 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Angiotensin-(3-4) counteracts the Angiotensin II inhibitory action on renal Ca2+-ATPase through a cAMP/PKA pathway

We recently demonstrated that Angiotensin-(3-4) [Ang-(3-4)], an Ang II-derived dipeptide, overcomes inhibition of plasma membrane Ca2+-ATPase promoted by nanomolar concentrations of Ang II in basolateral membranes of renal proximal tubule cells, with involvement of a so far unknown AT(2)R-dependent and NO-independent mechanism. The present study investigates the signaling pathway triggered by Ang-(3-4) that is responsible for counteracting the inhibitory effect of Ang II, and attempts to elucidate the functional interaction of the dipeptide with Ang II at the level of AT(2)R. Stimulation by cholera toxin of G(s)alpha protein structurally linked to AT(2)R as revealed by their co-immunoprecipitation mimicked the effect of Ang-(3-4) on Ca2+-ATPase activity. Furthermore, addition of dibutyril-cAMP (db-cAMP) mimicked Ang-(3-4), whereas the specific PKA inhibitor, PKAi((5-24)) peptide, suppressed the counter-regulatory effect of Ang-(3-4) and the AT(2)R agonist, CGP42112A. Membrane-associated PKA activity was stimulated by Ang-(3-4) or CGP42112A to comparable levels as db-cAMP, and the Ang-(3-4) effect was abrogated by the AT(2)R antagonist PD123319, whereas the AT(1)R antagonist Losartan had no effect. Ang-(3-4) stimulated PKA-mediated phosphorylation of Ca2+-ATPase and activated PKA to comparable levels. Binding assays demonstrated that Ang-(3-4) could not displace H-3-Ang II from HEK 293T cells expressing AT(2)R, but 10(-10) mol/L Ang-(3-4) resulted in the appearance of a probable higher-affinity site (picomolar range) for Ang II. The results presented herein demonstrate that Ang-(3-4), acting as an allosteric enhancer, suppresses Ang II-mediated inhibition of Ca2+-ATPase through an AT(2)R/cAMP/PKA pathway, after inducing conformational changes in AT(2)R that results in generation of higher-affinity sites for Ang II. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Exposure of luminal membranes of LLC-PK1 cells to ANG II induces dimerization of AT(1)/AT(2) receptors to activate SERCA and to promote Ca2+ mobilization

Ferrao FM, Lara LS, Axelband F, Dias J, Carmona AK, Reis RI, Costa-Neto CM, Vieyra A, Lowe J. Exposure of luminal membranes of LLC-PK1 cells to ANG II induces dimerization of AT(1)/AT(2) receptors to activate SERCA and to promote Ca2+ mobilization. Am J Physiol Renal Physiol 302: F875-F883, 2012. First published January 4, 2012; doi:10.1152/ajprenal.00381.2011.-ANG II is secreted into the lumens of proximal tubules where it is also synthesized, thus increasing the local concentration of the peptide to levels of potential physiological relevance. In the present work, we studied the effect of ANG II via the luminal membranes of LLC-PK1 cells on Ca2+-ATPase of the sarco(endo) plasmic reticulum (SERCA) and plasma membrane (PMCA). ANG II (at concentrations found in the lumen) stimulated rapid (30 s) and persistent (30 min) SERCA activity by more than 100% and increased Ca2+ mobilization. Pretreatment with ANG II for 30 min enhanced the ANG II-induced Ca2+ spark, demonstrating a positively self-sustained stimulus of Ca2+ mobilization by ANG II. ANG II in the medium facing the luminal side of the cells decreased with time with no formation of metabolites, indicating peptide internalization. ANG II increased heterodimerization of AT(1) and AT(2) receptors by 140%, and either losartan or PD123319 completely blocked the stimulation of SERCA by ANG II. Using the PLC inhibitor U73122, PMA, and calphostin C, it was possible to demonstrate the involvement of a PLC -> DAG(PMA)-> PKC pathway in the stimulation of SERCA by ANG II with no effect on PMCA. We conclude that ANG II triggers SERCA activation via the luminal membrane, increasing the Ca2+ stock in the reticulum to ensure a more efficient subsequent mobilization of Ca2+. This first report on the regulation of SERCA activity by ANG II shows a new mechanism for Ca2+ homeostasis in renal cells and also for regulation of Ca2+-modulated fluid reabsorption in proximal tubules.

Acute Regulation of Renal Na+/H+ Exchanger NHE3 by Dopamine: Role of Protein Phosphatase 2A

Nephrogenic dopamine is a potent natriuretic paracrine/autocrine hormone that is central for mammalian sodium homeostasis. In the renal proximal tubule, dopamine induces natriuresis partly via inhibition of the sodium/proton exchanger NHE3. The signal transduction pathways and mechanisms by which dopamine inhibits NHE3 are complex and incompletely understood. This manuscript describes the role of the serine/threonine protein phosphatase 2A (PP2A) in the regulation of NHE3 by dopamine. The PP2A regulatory subunit B56 delta (coded by the Ppp2r5d gene) directly associates with more than one region of the carboxy-terminal hydrophilic putative cytoplasmic domain of NHE3 (NHE3-cyto), as demonstrated by yeast-two-hybrid, co-immunoprecipitation, blot overlay and in vitro pull-down assays. Phosphorylated NHE3-cyto is a substrate for purified PP2A in an in vitro dephosphorylation reaction. In cultured renal cells, inhibition of PP2A by either okadaic acid or by overexpression of the simian virus 40 (SV40) small t antigen blocks the ability of dopamine to inhibit NHE3 activity and to reduce surface NHE3 protein. Dopamine-induced NHE3 redistribution is also blocked by okadaic acid ex vivo in rat kidney cortical slices. These studies demonstrate that PP2A is an integral and critical participant in the signal transduction pathway between dopamine receptor activation and NHE3 inhibition. Key words: Natriuresis, Sodium transport, Signal transduction.