Nephrocalcinosis (enamel renal syndrome) caused by autosomal recessive FAM20A mutations.

BACKGROUND/AIMS: Calcium homeostasis requires regulated cellular and interstitial systems interacting to modulate the activity and movement of this ion. Disruption of these systems in the kidney results in nephrocalcinosis and nephrolithiasis, important medical problems whose pathogenesis is incompletely understood. METHODS: We investigated 25 patients from 16 families with unexplained nephrocalcinosis and characteristic dental defects (amelogenesis imperfecta, gingival hyperplasia, impaired tooth eruption). To identify the causative gene, we performed genome-wide linkage analysis, exome capture, next-generation sequencing, and Sanger sequencing. RESULTS: All patients had bi-allelic FAM20A mutations segregating with the disease; 20 different mutations were identified. CONCLUSIONS: This autosomal recessive disorder, also known as enamel renal syndrome, of FAM20A causes nephrocalcinosis and amelogenesis imperfecta. We speculate that all individuals with biallelic FAM20A mutations will eventually show nephrocalcinosis.

Mechanism of urinary calcium regulation by urinary magnesium and pH.

Urinary magnesium and pH are known to modulate urinary calcium excretion, but the mechanisms underlying these relationships are unknown. In this study, the data from 17 clinical trials in which urinary magnesium and pH were pharmacologically manipulated were analyzed, and it was found that the change in urinary calcium excretion is directly proportional to the change in magnesium excretion and inversely proportional to the change in urine pH; a regression equation was generated to relate these variables (R(2) = 0.58). For further exploration of these relationships, intravenous calcium chloride, magnesium chloride, or vehicle was administered to rats. Magnesium infusion significantly increased urinary calcium excretion (normalized to urinary creatinine), but calcium infusion did not affect magnesium excretion. Parathyroidectomy did not prevent this magnesium-induced hypercalciuria. The effect of magnesium loading on calciuria was still observed after treatment with furosemide, which disrupts calcium and magnesium absorption in the thick ascending limb, suggesting that the effect may be mediated by the distal nephron. The calcium channel TRPV5, normally present in the distal tubule, was expressed in Xenopus oocytes. Calcium uptake by TRPV5 was directly inhibited by magnesium and low pH. In summary, these data are compatible with the hypothesis that urinary magnesium directly inhibits renal calcium absorption, which can be negated by high luminal pH, and that this regulation likely takes place in the distal tubule.

Regulation of sodium transport in the cortical collecting duct : physiological role of GILZ in vitro and in vivo : characterisation of Na+ transport in the mCCDcl1 cell line

SUMMARY Regulation of sodium excretion by the kidney is a key mechanism in the long term regulation of blood pressure, and when altered it constitutes a risk factor for the appearance of arterial hypertension. Aldosterone, which secretion depends upon salt intake in the diet, is a steroid hormone that regulates sodium reabsorption in the distal part of the nephron (functional unit of the kidney) by modulating gene transcription. It has been shown that it can act synergistically with the peptidic hormone insulin through the interaction of their signalisation pathways. Our work consisted of two distinct parts: 1) the in vitro and in vivo characterisation of Glucocorticoid-Induced Leucine Zipper (GILZ) (an aldosterone-induced gene) mechanism of action; 2) the in vitro characterisation of insulin mechanism of action and its interaction with aldosterone. GILZ mRNA, coded by the TSC22D3 gene, is strongly induced by aldosterone in the cell line of principal cells of the cortical collecting duct (CCD) mpkCCDc14, suggesting that GILZ is a mediator of aldosterone response. Co-expression of GILZ and the amiloride-sensitive epithelial sodium channel ENaC in vitro in the Xenopus oocyte expression system showed that GILZ has no direct effect on the ENaC-mediated Na+ current in basal conditions. To define the role of GILZ in the kidney and in other organs (colon, heart, skin, etc.), a conditional knock-out mouse is being produced and will allow the in vivo study of its role. Previous data showed that insulin induced a transepithelial sodium transport at supraphysiological concentrations. Insulin and the insulin-like growth factor 1 (IGF-1) are able to bind to each other receptor with an affinity 50 to 100 times lower than to their cognate receptor. Our starting hypothesis was that the insulin effect observed at these supraphysiological concentrations is actually mediated by the IGF receptor type 1 (IGF-1R). In a new cell line that presents all the characteristics of the principal cells of the CCD (mCCDc11) we have shown that both insulin and IGF-1 induce a physiologically significant increase of Na+ transport through the activation of IGF-1R. Aldosterone and insulin/IGF-1 have an additive effect on Na+ transport, through the activation of the PI3-kinase (PI3-K) pathway and the phosphorylation of the serum- and glucocorticoid-induced kinase 1 (Sgk1) by the IGF-1R, and the induction of Sgk1 expression by aldosterone. Thus, Sgk1 integrates IGF-1/insulin and aldosterone effects. We suggest that IGF-1 is physiologically relevant in the modulation of sodium balance, while insulin can only regulate Na+ transport at supraphysiological conditions. Both hormones would bind to the IGF-1R and induce Na+ transport by activating the PI3-K PDK1/2 - Sgk1 pathway. We have shown for the first time that Sgk1 is expressed and phosphorylated in principal cells of the CCD in basal conditions, although the mechanism that maintains Sgk1 phosphorylation is not known. This new role for IGF-1 suggests that it could be a salt susceptibility gene. In effect, IGF-1 stimulates Na+ and water transport in the kidney in vivo. Moreover, 35 % of the acromegalic patients (overproduction of growth hormone and IGF-1) are hypertensives (higher proportion than in normal population), and genetic analysis suggest a link between the IGF-1 gene locus and blood pressure. RÉSUMÉ La régulation de l'excrétion rénale de sodium (Na+) joue un rôle principal dans le contrôle à long terme de la pression sanguine, et ses altérations constituent un facteur de risque de l'apparition d'une hypertension artérielle. L'aldosterone, dont la sécrétion dépend de l'apport en sel dans la diète, est une hormone stéroïdienne qui régule la réabsorption de Na+ dans la partie distale du nephron (unité fonctionnelle du rein) en contrôlant la transcription de gènes. Elle peut agir de façon synergistique avec l'hormone peptidique insuline, probablement via l'interaction de leurs voies de signalisation cellulaire. Le but de notre travail comportait deux volets: 1) caractériser in vitro et in vivo le mécanisme d'action du Glucocorticoid Induced Leucine Zipper (GILZ) (un gène induit par l'aldosterone); 2) caractériser in vitro le mécanisme d'action de l'insuline et son interaction avec l'aldosterone. L'ARNm de GILZ, codé par le gène TSC22D3, est induit par l'aldosterone dans la lignée cellulaire de cellules principales du tubule collecteur cortical (CCD) mpkCCDc14, suggérant que GILZ est un médiateur potentiel de la réponse à l'aldosterone. La co-expression in vitro de GILZ et du canal à Na+ sensible à l'amiloride ENaC dans le système d'expression de l'oocyte de Xénope a montré que GILZ n'a pas d'effet sur les courants sodiques véhiculées par ENaC en conditions basales. Une souris knock-out conditionnelle de GILZ est en train d'être produite et permettra l'étude in vivo de son rôle dans le rein et d'autres organes. Des expériences préliminaires ont montré que l'insuline induit un transport transépithelial de Na+ à des concentrations supraphysiologiques. L'insuline et l'insulin-like growth factor 1 (IGF-1) peuvent se lier à leurs récepteurs réciproques avec une affinité 50 à 100 fois moindre qu'à leur propre récepteur. Nous avons donc proposé que l'effet de l'insuline soit médié par le récepteur à l'IGF type 1 (IGF-1R). Dans une nouvelle lignée cellulaire qui présente toutes les caractéristiques des cellules principales du CCD (mCCDc11) nous avons montré que les deux hormones induisent une augmentation physiologiquement significative du transport du Na+ par l'activation des IGF-1 R. Aldosterone et insuline/IGF-1 ont un effet additif sur le transport de Na+, via l'activation de la voie de la PI3-kinase et la phosphorylation de la serum- and glucocorticoid-induced kinase 1 (Sgk1) par l'IGF-1R, dont l'expression est induite par l'aldosterone. Sgk1 intègre les effets de l'insuline et l'aldosterone. Nous proposons que l'IGF-1 joue un rôle dans la modulation physiologique de la balance sodique, tandis que l'insuline régule le transport de Na+ à des concentrations supraphysiologiques. Les deux hormones agissent en se liant à l'IGF-1R et induisent le transport de Na+ en activant la cascade de signalisation PI3-K - PDK1/2 - Sgk1. Nous avons montré pour la première fois que Sgk1 est exprimée et phosphorylée dans des conditions basales dans les cellules principales du CCD, mais le mécanisme qui maintient sa phosphorylation n'est pas connu. Ce nouveau rôle pour l'IGF-1 suggère qu'il pourrait être un gène impliqué de susceptibilité au sel. Aussi, l'IGF-1 stimule le transport rénal de Na+ in vivo. De plus, 35 % des patients atteints d'acromégalie (surproduction d'hormone de croissance et d'IGF-1) sont hypertensifs (prévalence plus élevée que la population normale), et des analyses génétiques suggèrent un lien entre le locus du gène de l'IGF-1 et la pression sanguine. RÉSUMÉ GRAND PUBLIC Nos ancêtres se sont génétiquement adaptés pendant des centaines de millénaires à un environnement pauvre en sel (chlorure de sodium) dans la savane équatoriale, où ils consommaient moins de 0,1 gramme de sel par jour. On a commencé à ajouter du sel aux aliments avec l'apparition de l'agriculture (il y a 5000 à 10000 années), et aujourd'hui une diète omnivore, qui inclut des plats préparés, contient plusieurs fois la quantité de sodium nécessaire pour notre fonction physiologique normale (environ 10 grammes par jour). Le corps garde sa concentration constante dans le sang en s'adaptant à une consommation très variable de sel. Pour ceci, il module son excrétion soit directement, soit en sécrétant des hormones régulatrices. Le rein joue un rôle principal dans cette régulation puisque l'excrétion urinaire de sel change selon la diète et peut aller d'une quantité dérisoire à plus de 36 grammes par jour. L'attention qu'on prête au sel est liée à sa relation avec l'hypertension essentielle. Ainsi, le contrôle rénal de l'excrétion de sodium et d'eau est le principal mécanisme dans la régulation de la pression sanguine, et une ingestion excessive de sel pourrait être l'un des facteurs-clé déclenchant l'apparition d'un phénotype hypertensif. L'hormone aldosterone diminue l'excrétion de sodium par le rein en modulant l'expression de gènes qui pourraient être impliqués dans la sensibilité au sel. Dans une lignée cellulaire de rein l'expression du gène TSC22D3, qui se traduit en la protéine Glucocorticoid Induced Leucine Zipper (GILZ), est fortement induite par l'aldosterone. Ceci suggère que GILZ est un médiateur potentiel de l'effet de l'aldosterone, et pourrait être impliqué dans la sensibilité au sel. Pour analyser la fonction de GILZ dans le rein plusieurs approches ont été utilisées. Par exemple, une souris dans laquelle GILZ est spécifiquement inactivé dans le rein est en train d'être produite et permettra l'étude du rôle de GILZ dans l'organisme. De plus, on a montré que GILZ, en conditions basales, n'a pas d'effet direct sur la protéine transportant le sodium à travers la membrane des cellules, le canal sodique épithélial ENaC. On a aussi essayé de trouver des protéines qui interagissent directement avec GILZ utilisant une technique appelée du « double-hybride dans la levure », mais aucun candidat n'a émergé. Des études ont montré que, à de hautes concentrations, l'insuline peut aussi diminuer l'excrétion de sodium. A ces concentrations, elle peut activer son récepteur spécifique, mais aussi le récepteur d'une autre hormone, l'Insulin-Like Growth Factor 1 (IGF-1). En plus, l'infusion d'IGF-1 augmente la rétention rénale de sodium et d'eau, et des mutations du gène codant pour l'IGF-1 sont liées aux différents niveaux de pression sanguine. On a utilisé une nouvelle lignée cellulaire de rein développée dans notre laboratoire, appelée mCCDc11, pour analyser l'importance relative des deux hormones dans l'induction du transport de sodium. On a montré que les deux hormones induisent une augmentation significative du transport de sodium par l'activation de récepteurs à l'IGF-1 et non du récepteur à l'insuline. On a montré qu'à l'intérieur de la cellule leur activation induit une augmentation du transport sodique par le biais du canal ENaC en modifiant la quantité de phosphates fixés sur la protéine Serumand Glucocorticoid-induced Kinase 1 (Sgk1). On a finalement montré que l'IGF-1 et l'aldosterone ont un effet additif sur le transport de sodium en agissant toutes les deux sur Sgk1, qui intègre leurs effets dans le contrôle du transport de sodium dans le rein.

ERK1/2 controls Na,K-ATPase activity and transepithelial sodium transport in the principal cell of the cortical collecting duct of the mouse kidney.

The collecting duct of normal kidney exhibits significant activity of the MEK1/2-ERK1/2 pathway as shown in vivo by immunostaining of phosphorylated active ERK1/2 (pERK1/2). The MEK1/2-ERK1/2 pathway controls many different ion transports both in proximal and distal nephron, raising the question of whether this pathway is involved in the basal and/or hormone-dependent transepithelial sodium reabsorption in the principal cell of the cortical collecting duct (CCD), a process mediated by the apical epithelial sodium channel and the basolateral sodium pump (Na,K-ATPase). To answer this question we used ex vivo microdissected CCDs from normal mouse kidney or in vitro cultured mpkCCDcl4 principal cells. Significant basal levels of pERK1/2 were observed ex vivo and in vitro. Aldosterone and vasopressin, known to up-regulate sodium reabsorption in CCDs, did not change ERK1/2 activity either ex vivo or in vitro. Basal and aldosterone- or vasopressin-stimulated sodium transport was down-regulated 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 epithelial sodium channel was inhibited by MEK1/2 inhibitors in both unstimulated and aldosterone- or vasopressin-stimulated CCDs in vitro. Cell surface biotinylation showed that intrinsic activity rather than cell surface expression of Na,K-ATPase was controlled by pERK1/2. PD98059 also significantly inhibited the activity of Na,K-ATPase ex vivo. Our data demonstrate that the ERK1/2 pathway controls Na,K-ATPase activity and transepithelial sodium transport in the principal cell and indicate that basal constitutive activity of the ERK1/2 pathway is a critical component of this control.

Revisiting sodium and water reabsorption with functional genomics tools.

PURPOSE OF REVIEW: The kidney plays an essential role in maintaining sodium and water balance, thereby controlling the volume and osmolarity of the extracellular body fluids, the blood volume and the blood pressure. The final adjustment of sodium and water reabsorption in the kidney takes place in cells of the distal part of the nephron in which a set of apical and basolateral transporters participate in vectorial sodium and water transport from the tubular lumen to the interstitium and, finally, to the general circulation. According to a current model, the activity and/or cell-surface expression of these transporters is/are under the control of a gene network composed of the hormonally regulated, as well as constitutively expressed, genes. It is proposed that this gene network may include new candidate genes for salt- and water-losing syndromes and for salt-sensitive hypertension. A new generation of functional genomics techniques have recently been applied to the characterization of this gene network. The purpose of this review is to summarize these studies and to discuss the potential of the different techniques for characterization of the renal transcriptome. RECENT FINDINGS: Recently, DNA microarrays and serial analysis of gene expression have been applied to characterize the kidney transcriptome in different in-vivo and in-vitro models. In these studies, a set of new interesting genes potentially involved in the regulation of sodium and water reabsorption by the kidney have been identified and are currently under detailed investigation. SUMMARY: Characterization of the kidney transcriptome is greatly expanding our knowledge of the gene networks involved in multiple kidney functions, including the maintenance of sodium and water homeostasis.

Compensatory up-regulation of angiotensin II subtype 1 receptors in alpha ENaC knockout heterozygous mice.

BACKGROUND: In mice, a partial loss of function of the epithelial sodium channel (ENaC), which regulates sodium excretion in the distal nephron, causes pseudohypoaldosteronism, a salt-wasting syndrome. The purpose of the present experiments was to examine how alpha ENaC knockout heterozygous (+/-) mice, which have only one allele of the gene encoding for the alpha subunit of ENaC, control their blood pressure (BP) and sodium balance. METHODS: BP, urinary electrolyte excretion, plasma renin activity, and urinary adosterone were measured in wild-type (+/+) and heterozygous (+/-) mice on a low, regular, or high sodium diet. In addition, the BP response to angiotensin II (Ang II) and to Ang II receptor blockade, and the number and affinity of Ang II subtype 1 (AT1) receptors in renal tissue were analyzed in both mouse strains on the three diets. RESULTS: In comparison with wild-type mice (+/+), alpha ENaC heterozygous mutant mice (+/-) showed an intact capacity to maintain BP and sodium balance when studied on different sodium diets. However, no change in plasma renin activity was found in response to changes in sodium intake in alpha ENaC +/- mice. On a normal salt diet, heterozygous mice had an increased vascular responsiveness to exogenous Ang II (P < 0.01). Moreover, on a normal and low sodium intake, these mice exhibited an increase in the number of AT1 receptors in renal tissues; their BP lowered markedly during the Ang II receptor blockade (P < 0.01) and there was a clear tendency for an increase in urinary aldosterone excretion. CONCLUSIONS: alpha ENaC heterozygous mice have developed an unusual mechanism of compensation leading to an activation of the renin-angiotensin system, that is, the up-regulation of AT1 receptors. This up-regulation may be due to an increase in aldosterone production.

Structure function relationships of ENaC and its role in sodium handling.

The epithelial sodium channel (ENaC) in the apical membrane of polarized epithelial cells is the rate-limiting step for Na entry into the cell; in series with the basolateral Na pump, it allows the vectorial transepithelial transport of Na ions. ENaC is expressed in different epithelia like the distal nephron or colon, and the airways epithelium. In the lung ENaC controls the composition and the amount of pulmonary fluid, whereas in the distal nephron ENaC under the control of aldosterone and vasopressin, is essential to adapt the amount of Na+ reabsorbed with the daily sodium intake. Activating mutations of ENaC cause severe disturbances of Na+ homeostasis leading to hypertension in human and in mouse models. Functional expression of ENaC in different cell systems allowed the identification of structural domains of the protein that are essential for channel function and/or modulation of channel activity. Site-directed mutations in specific domains of the channel protein lead to channel hyperactivity or channel loss of function. Knowledge about ENaC structure-function relationships opens new opportunities for development of pharmacological tools for controlling ENaC activity, such as channel activators of potential benefit in the treatment of pulmonary edema, or highly potent ENaC blockers with natriuretic effects.

The epithelial sodium channel and the control of sodium balance.

Studies aiming at the elucidation of the genetic basis of rare monogenic forms of hypertension have identified mutations in genes coding for the epithelial sodium channel ENaC, for the mineralocorticoid receptor, or for enzymes crucial for the synthesis of aldosterone. These genetic studies clearly demonstrate the importance of the regulation of Na(+) absorption in the aldosterone-sensitive distal nephron (ASDN), for the maintenance of the extracellular fluid volume and blood pressure. Recent studies aiming at a better understanding of the cellular and molecular basis of ENaC-mediated Na(+) absorption in the distal part of nephron, have essentially focused on the regulation ENaC activity and on the aldosterone-signaling cascade. ENaC is a constitutively open channel, and factors controlling the number of active channels at the cell surface are likely to have profound effects on Na(+) absorption in the ASDN, and in the amount of Na(+) that is excreted in the final urine. A number of membrane-bound proteases, kinases, have recently been identified that increase ENaC activity at the cell surface in heterologous expressions systems. Ubiquitylation is a general process that regulates the stability of a variety of target proteins that include ENaC. Recently, deubiquitylating enzymes have been shown to increase ENaC activity in heterologous expressions systems. These regulatory mechanisms are likely to be nephron specific, since in vivo studies indicate that the adaptation of the renal excretion of Na(+) in response to Na(+) diet occurs predominantly in the early part (the connecting tubule) of the ASDN. An important work is presently done to determine in vivo the physiological relevance of these cellular and molecular mechanisms in regulation of ENaC activity. The contribution of the protease-dependent ENaC regulation in mediating Na(+) absorption in the ASDN is still not clearly understood. The signaling pathway that involves ubiquitylation of ENaC does not seem to be absolutely required for the aldosterone-mediated control of ENaC. These in vivo physiological studies presently constitute a major challenge for our understanding of the regulation of ENaC to maintain the Na(+) balance.

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.

In vivo nuclear translocation of mineralocorticoid and glucocorticoid receptors in rat kidney: differential effect of corticosteroids along the distal tubule.

Aldosterone and corticosterone bind to mineralocorticoid (MR) and glucocorticoid receptors (GR), which, upon ligand binding, are thought to translocate to the cell nucleus to act as transcription factors. Mineralocorticoid selectivity is achieved by the 11β-hydroxysteroid dehydrogenase type 2 (11β-HSD2) that inactivates 11β-hydroxy glucocorticoids. High expression levels of 11β-HSD2 characterize the aldosterone-sensitive distal nephron (ASDN), which comprises the segment-specific cells of late distal convoluted tubule (DCT2), connecting tubule (CNT), and collecting duct (CD). We used MR- and GR-specific antibodies to study localization and regulation of MR and GR in kidneys of rats with altered plasma aldosterone and corticosterone levels. In control rats, MR and GR were found in cell nuclei of thick ascending limb (TAL), DCT, CNT, CD cells, and intercalated cells (IC). GR was also abundant in cell nuclei and the subapical compartment of proximal tubule (PT) cells. Dietary NaCl loading, which lowers plasma aldosterone, caused a selective removal of GR from cell nuclei of 11β-HSD2-positive ASDN. The nuclear localization of MR was unaffected. Adrenalectomy (ADX) resulted in removal of MR and GR from the cell nuclei of all epithelial cells. Aldosterone replacement rapidly relocated the receptors in the cell nuclei. In ASDN cells, low-dose corticosterone replacement caused nuclear localization of MR, but not of GR. The GR was redistributed to the nucleus only in PT, TAL, early DCT, and IC that express no or very little 11β-HSD2. In ASDN cells, nuclear GR localization was only achieved when corticosterone was replaced at high doses. Thus ligand-induced nuclear translocation of MR and GR are part of MR and GR regulation in the kidney and show remarkable segment- and cell type-specific characteristics. Differential regulation of MR and GR may alter the level of heterodimerization of the receptors and hence may contribute to the complexity of corticosteroid effects on ASDN function.

Génération d'une souris dépourvue du gène VIT32 de manière conditionnelle: étude du phénotype rénal chez les souris dépourvues de RGS2

Résumé Dans le rein, la vasopressine possède un rôle essentiel dans la régulation fine du transport d'eau et participe au contrôle de la réabsorption du sodium. Cette action est conduite par l'activation du récepteur à la vasopressine V2R situé dans l'anse de Henle, dans le tubule connecteur et dans le canal collecteur du néphron des rongeurs et conduit à la formation d'AMPc entraînant un mécanisme d'action caractérisé par deux phases distinctes. Le premier effet de la vasopressine est non génomique et a lieu rapidement après l'activation du récepteur, la deuxième phase est plus tardive et possède la caractéristique de moduler la transcription d'un réseau de gènes. Parmi ces gènes, plusieurs sont directement impliqués dans le transport d'eau et de sodium, comme l'Aqp2 et 3, ENaC et la Na,K-ATPase. L'identification des effets de la voie de signalisation de la vasopressine représente un point crucial pour la compréhension des mécanismes moléculaires de la réabsorption de l'eau et du sodium dans le néphron. L'analyse en série de l'expression de gènes (SAGE) réalisée en 2001 dans notre laboratoire a permis de caractériser le transcriptome dépendant de la vasopressine dans la lignée cellulaire mpkCCDc14,a dérivée du canal collecteur cortical (CCD) de souris. Deux des transcrits induits par la vasopressine (VIT) ont fait l'objet des études de ce travail de thèse. Le premier est VIT32 (Vasopressin induced transcript 32) qui code pour une protéine ne possédant aucune homologie avec des domaines protéiques dont la fonction est connue. Dans le système d'expression de l'ovocyte de Xenopus laevis, VIT32 induit la maturation des ovocytes et diminue le courant sensible à l'amiloride de manière dépendante de la voie des MAPK. Dans les mpkCCDc14, l'inhibition de la voie des MAPK diminue le courant sodique en diminuant l'activité de la Na,K-ATPase, mais sans modifier le courant d'ENaC. Ainsi la voie de signalisation des MAPK peut avoir des cibles différentes suivant le système dans lequel elle est étudiée. C'est pourquoi nous avons décidé de poursuivre l'étude de VIT32 dans un contexte physiologique en créant une souris dépourvue du gène codant pour VIT32 de manière conditionnelle (conditional knockout). La première partie de cette thèse a donc consisté à générer cette souris. Le deuxième transcrit induit par la vasopressine qui a été étudié dans cette thèse est RGS2 (Regulator of G protein Signaling 2). In vitro, il a été montré que RGS2 inhibe des voies de signalisation dépendantes de récepteurs couplés à des protéines Gq et Gs. Dans notre étude, nous avons montré que dans le néphron de rein de souris, RGS2 est colocalisé avec V2R. In vivo, la vasopressine sécrétée lors d'une restriction en eau imposée à des souris augmente l'expression de RGS2. De plus, l'accumulation d'AMPc engendrée par l'action de la vasopressine sur les canaux collecteurs est significativement plus grande chez les souris dépourvues de RGS2 (rgs2 -/-). Cette induction de la signalisation de la vasopressine est corrélée à une augmentation de la réabsorption d'eau chez les souris rgs2 -/-. Ainsi RGS2 serait impliqué dans le rétrocontrôle négatif de la voie de signalisation de la vasopressine. Abstract In the kidney, vasopressin plays a key role in the control of water balance and participates in salt reabsorption. These actions are induced by the activation of V2 vasopressin receptor (V2R) located in the loop of Henle, in the connecting tubule and in the collecting duct leading to an increase in intracellular cAMP levels. The V2R-mediated vasopressin action elicits a rapid, non-genomic effect, during which water and salt reabsorption is rapidly increased and a late or genomic effect characterised by the long-term regulation of water and salt reabsorption through the transcriptional activation of a gene network that includes Aqp2, Aqp3, ENaC and Na,K-ATPase. Serial analysis of gene expression (SAGE) performed in 2001 in our laboratory characterised the vasopressin induced transcripts (VIT) in the mpkCCDc14 cell line. Two of them are studied in this thesis. The first one is VIT32 (Vasopressin induced transcript 32) that encodes a protein that has no homology with any protein domain of known function. In the Xenopus laevis oocyte, VIT32 induces oocyte maturation and downregulates the ENaC amiloride sensitive current via the activation of the MAPK pathway. In mpkCCDc14 cell line, the MAPK pathway inhibition leads to a decrease of Na,K-ATPase activity without affecting ENaC current. Therefore, the MAPK pathway can act on different targets depending on the cellular context. Thus, we decided to investigate the function of VIT32 in its physiological environment by performing a conditional knockout mouse of VIT32. The first part of this thesis consisted in generating this mouse. The second studied vasopressin induced transcript is RGS2 (Regulator of G protein Signaling 2). In vitro, RGS2 has been shown to inhibit Gq and Gs protein-coupled receptor pathway. In our study we show that RGS2 is co-localized with V2R in the mouse nephron. In vivo, vasopressin secreted during water restriction up-regulates RGS2 expression. Moreover, vasopressin-dependant accumulation of CAMP is significantly increased in the cortical collecting duct of RGS2 knockout mice. This increase is correlated with an increase in water reabsorption. RGS2 could be involved in the negative feedback regulation of V2R signalling. Résumé tout public Le corps humain est composé d'environ 60% d'eau répartie à l'intérieur et à l'extérieur des cellules de notre organisme. Les cellules, unités fondamentales du vivant, puisent l'oxygène et les nutriments indispensables à leur fonctionnement dans le liquide extracellulaire. La composition du milieu doit être constante, car les variations peuvent perturber considérablement et parfois fatalement la fonction des cellules. Ainsi les organismes pluricellulaires ont développé des mécanismes permettant de contrôler la constance du milieu extracellulaire afin de maintenir l'état d'équilibre nommé homéostasie. Le rein joue un rôle majeur dans cette homéostasie grâce à sa capacité de réabsorber l'eau et les solutés en fonction des besoins de l'organisme. Cette fonction du rein est régulée par différentes hormones comme la vasopressine, qui permet de contrôler la réabsorption fine de l'eau et des solutés. Dans leurs membranes, les cellules possèdent des récepteurs leur permettant de répondre aux signaux extracellulaires comme le sont entre autres les hormones. Ainsi les cellules sensibles à la vasopressine possèdent un récepteur nommé V2R qui permet d'intégrer les signaux de la vasopressine en déclenchant tout une cascade d'événements conduisant à une modification de l'expression de certaines protéines impliquées directement ou non dans la réabsorption de l'eau et des solutés. Une étude précédente élaborée au sein de notre laboratoire a permis de répertorier les protéines dont l'expression est augmentée par de la vasopressine. Deux de ces protéines ont fait l'objet des études de cette thèse. La première protéine induite par la vasopressine est VIT32 (Vasopressin induced transcript 32). Cette protéine est entre autres impliquée dans la réabsorption du sodium, mais la fonction précise de VIT32 dans ce transport n'a pas pu être déterminée. Une des approches possibles pour l'étude de la fonction d'une protéine est de supprimer son expression chez la souris et d'étudier les conséquences de son absence. Ces souris sont appelées des souris knockout, puisque la protéine en question ne peut plus agir. La première partie de cette thèse a donc consisté à générer une souris dépourvue du gène de VIT32. La deuxième protéine étudiée est RGS2 (Regulator of G protein Signaling 2). Cette protéine inhibe certaines voies de signalisation activées par différentes hormones. Dans cette partie du travail de thèse, nous avons pu mettre en évidence que RGS2 agit comme un inhibiteur de la voie de signalisation de la vasopressine. En modifiant cette signalisation, RGS2 serait donc un médiateur du contrôle de la réabsorption d'eau dans les cellules du rein sensibles à la vasopressine.

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.

Diagnosis and Management of Upper Tract Urothelial Carcinoma.

While UTUC is relatively uncommon, it has an aggressive natural history and poor prognosis, which has not substantially improved over the past two decades. Nevertheless, continued research has led to the discovery of risk factors improving the prevention and early detection of UTUC. Although RNU remains the standard treatment for localized invasive UTUC, nephron-sparing surgery for selected patients has made considerable progress in the recent years. The stagnation in the prognosis of UTUC over the past two decades highlights the necessity for incorporating multimodal approaches including refinements in systemic chemotherapy and radiotherapy to attain better outcomes for patients with UTUC.

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

Heterogeneity of glomerular perfusion and filtration induced by epinephrine and norepinephrine

The role of catecholamines in the distribution of intrarenal blood flow and in single-nephron glomerular filtration rate (SNGFR) was evaluated in anesthetized Wistar rats by the Hanssen technique. Epinephrine (EPI) and norepinephrine (NOR) were infused to produce elevations of 20-30 mmHg in mean arterial pressure. Superficial and juxtamedullary nephron perfusion and filtration were determined by the presence of Prussian blue dye. In the control group, 100% of the nephrons presented a homogeneous pattern of perfusion and filtration. In contrast, a heterogeneous distribution of the dye was found even in the larger arteries (arciform and radial), indicating variable perfusion and filtration in both superficial and juxtamedullary nephrons. The effects of EPI and NOR were also evaluated in the superficial cortex by the micropuncture technique in two additional groups of Munich-Wistar rats. Mean SNGFR was 27% and 54% lower in the EPI- and NOR-treated groups, respectively. No change in mean intraglomerular hydraulic pressure was observed after EPI or NOR infusion in spite of a highly scattered pattern, indicating an important variability in perfusion along the superficial cortex, and/or different sensitivity of the pre- and post-glomerular arterioles. The present data suggest that EPI and NOR may affect intrarenal hemodynamics by modifying perfusion and filtration in both superficial and juxtamedullary glomeruli and not by shifting blood flow from superficial to juxtamedullary nephrons. The heterogeneous pattern of perfusion was a consequence of differential vasoconstriction along the intrarenal arteries, probably due to different density and/or sensitivity of the adrenergic receptor subtypes present in the intrarenal vascular tree.