Étude du mécanisme de transport des cations par la Na, K-ATPase et de son implication dans la migraine familiale hémiplégique de type 2

Résumé La Na,K-ATPase est une protéine transmembranaire, présente dans toutes les cellules de mammifères et indispensable à la viabilité cellulaire. Elle permet le maintien des gradients sodiques et potassiques à l'origine du potentiel membranaire en transportant 3 Na+ en dehors de la cellule contre 2 K+, grâce à l'énergie fournie par l'hydrolyse d'une molécule d'ATP. Le potentiel membranaire est indispensable au maintien de l'excitabilité cellulaire et à la transmission de l'influx nerveux. Il semblerait que la Na,K-ATPase soit liée à l'hypertension et à certains troubles neurologiques comme la Migraine Familiale Hémiplégique (1VIFH). La MFH est une forme de migraine avec aura, qui se caractérise par une hémiparésie. Cette forme de migraine est très rare. Elle se transmet génétiquement sur un mode autosomique dominant. Plusieurs mutations localisées dans le gène de la Na,K-ATPase ont été identifiées durant ces 3 dernières années. C'est la première fois qu'une maladie génétique est associée au gène de la Na,K-ATPase. La compréhension du fonctionnement de cette protéine peut donner des informations sur les mécanismes conduisant à ces pathologies. On sait que la fonction d'une protéine est liée à sa structure. L'étude de sa fonction nécessite donc l'étude de sa structure. Alors que la structure de la SERCA a été déterminée à haute résolution, par cristallographie, celle de la Na,K-ATPase ne l'est toujours pas. Mais ces 2 ATPases présentent une telle homologie qu'un modèle de la Na,K-ATPase a pu être élaboré à partir de la structure de la SERCA. Les objectifs de cette étude sont d'une part, de comprendre le contrôle de l'accessibilité du K+ extracellulaire àses sites de liaison. Pour cela, nous avons ciblé cette étude sur la 2ìème et la 31eme boucle extracellulaire, qui relient respectivement les segments transmembranaires (STM) 3-4 et 5-6. Le choix s'est porté sur ces 2 boucles car elles bordent le canal des cations formés des 4ième' Sième et 6'ème hélices. D'autre part, nous avons également essayer de comprendre les effets des mutations, liées à la Migraine Familiale Hémiplégique de type 2 (MFH2), sur la fonctionnalité de la Na,K-ATPase. Alors que les STM et les domaines cytoplasmiques sont relativement proches entre la Na,KATPase et la SERCA, les boucles extracellulaires présentent des différences. Le modèle n'est donc pas une approche fiable pour déterminer la structure et la fonction des régions extracellulaires. Nous avons alors utilisé une approche fonctionnelle faisant appel à la mutation dirigée puis à l'étude de l'activité fonctionnelle de la Na,K ATPase par électrophysiologie sur des ovocytes de Xenopus. En conclusion, nous pouvons dire que la troisième boucle extracellulaire participerait à la structure de la voie d'entrée des cations et que la deuxième boucle extracellulaire semble impliquée dans le contrôle de l'accessibilité des ions K+àses sites de liaison. Concernant les mutations associées à la MFH2, nos résultats ont montré une forte diminution de l'activité fonctionnelle de la pompe Na,K, inférieure aux conditions physiologiques de fonctionnement, et pour une des mutations nous avons observés une diminution de l'affmité apparente au K+ externe. Nous poumons faire l'hypothèse que l'origine pathologique de la migraine est liée à une diminution de l'activité de la pompe à Na+. Summary The Na,K-ATPase is a transmembrane protein, present in all mammalian cells and is necessary for the viability of the cells. It maintains the gradients of Na+ and K+ involved in the membrane potential, by transporting 3Na+ out the cell, and 2K+ into the cell, using the energy providing from one ATP molecule hydrolysis. The membrane potential is necessary for the cell excitability and for the transmission of the nervous signal. Some evidence show that Na,K-ATPase is involved in hypertension and neurological disorders like the Familial Hemiplegic Migraine (FHM). La FHM is a rare form of migraine characterised by aura and hemiparesis and an autosomal dominant transmission. Several mutations linked to the Na,KATPase gene have been identified during these 3 last years. It's the first genetic disorder associated with the Na,K-ATPase gene. Understand the function of this protein is important to elucidate the mechanisms implicated in these pathologies. The function of a protein is linked with its structure. Thus, to know the function of a protein, we need to know its structure. While the Ca-ATPase (SERCA) has been crystallised with a high resolution, the structure of the Na,K-ATPase is not known. Because of the great homology between these 2 ATPases, a model of the Na,K-ATPase was realised by comparing with the structure of the SERCA. The aim of this study is on one side, understand the control of the extracellular K+ accessibility to their binding sites. Because of theirs closed proximity with the cation pathway, located between the 4th, 5th and 6th helices, we have targeted this study on the 2nd and the 3rd extracellular loops linking respectively the transmembrane segment (TMS) 3 and 4, and the TMS 5 and 6. And on the other side, we have tried to understand the functional effects of mutations linked with the Familial Hemiplegic Migraine Type 2 (FHM2). In contrast with the transmembrane segments and the cytoplasmic domains, the extracellular loops show lots of difference between Na,K-ATPase and SERCA, the model is not a good approach to know the structure and the function of the extracellular loops. Thus, we have used a functional approach consisting in directed mutagenesis and the study of the functional activity of the Na,K-ATPase by electrophysiological techniques with Xenopus oocytes. In conclusion, we have demonstrated that the third extracellular loop could participate in the structure of the entry of the cations pathway and that the second extracellular loop could control the K+ accessibility to their binding sites. Concerning the mutations associated with the FHM2, our results showed a strong decrease in the functional activity of the Na,K-pump under physiological conditions and for one of mutations, induce a decrease in the apparent external K+ affinity. We could make the hypothesis that the pathogenesis of migraine is related to the decrease in Na,K-pump activity. Résumé au large publique De la même manière que l'assemblage des mots forme des phrases et que l'assemblage des phrases forme des histoires, l'assemblage des cellules forme des organes et l'ensemble des organes constitue les êtres vivants. La fonction d'une cellule dans le corps humain peut se rapprocher de celle d'une usine hydroélectrique. La matière première apportée est l'eau, l'usine électrique va ensuite convertir l'eau en énergie hydraulique pour fournir de l'électricité. Le fonctionnement de base d'une cellule suit le même processus. La cellule a besoin de matières premières (oxygène, nutriments, eau...) pour produire une énergie sous forme chimique, l'ATP. Cette énergie est utilisée par exemple pour contracter les muscles et permet donc à l'individu de se déplacer. Morphologiquement la cellule est une sorte de petit sac rempli de liquide (milieu intracellulaire) baignant elle-même dans le liquide (milieu extracellulaire) composant le corps humain (un adulte est constitué environ de 65 % d'eau). La composition du milieu intracellulaire est différente de celle du milieu extracellulaire. Cette différence doit être maintenue pour que l'organisme fonctionne correctement. Une des différences majeures est la quantité de sodium. En effet il y a beaucoup plus de sodium à l'extérieur qu'à l'intérieur de la cellule. Bien que l'intérieur de la cellule soit isolé de l'extérieur par une membrane, le sodium arrive à passer à travers cette membrane, ce qui a tendance à augmenter la quantité de sodium dans la cellule et donc à diminuer sa différence de concentration entre le milieu extracellulaire et le milieu intracellulaire. Mais dans les membranes, il existe des pompes qui tournent et dont le rôle est de rejeter le sodium de la cellule. Ces pompes sont des protéines connues sous le nom de pompe à sodium ou Na,K-ATPase. On lui attribue le nom de Na,K-ATPase car en réalité elle rejette du sodium (Na) et en échange elle fait entrer dans la cellule du potassium (K), et pour fonctionner elle a besoin d'énergie (ATP). Lorsque les pompes à sodium ne fonctionnent pas bien, cela peut conduire à des maladies. En effet la Migraine Familiale Hémiplégique de type 2, est une migraine très rare qui se caractérise par l'apparition de la paralysie de la moitié d'un corps avant l'apparition du mal de tête. C'est une maladie génétique (altération qui modifie la fonction d'une protéine) qui touche la pompe à sodium située dans le cerveau. On a découvert que certaines altérations (mutations) empêchent les pompes à sodium de fonctionner correctement. On pense alors que le développement des migraines est en partie dû au fait que ces pompes fonctionnent moins bien. Il est important de bien connaître la fonction de ces pompes car cela permet de comprendre des mécanismes pouvant conduire à certaines maladies, comme les migraines. En biologie, la fonction d'une protéine est étudiée à travers sa structure. C'est pourquoi l'objectif de cette thèse a été d'étudier la structure de la Na,K-ATPase afin de mieux comprendre son mécanisme d'action.

Magnetic structure of Li2CuO2: From ab initio calculations to macroscopic simulations

The magnetic structure of the edge-sharing cuprate compound Li2CuO2 has been investigated with highly correlated ab initio electronic structure calculations. The first- and second-neighbor in-chain magnetic interactions are calculated to be 142 and -22 K, respectively. The ratio between the two parameters is smaller than suggested previously in the literature. The interchain interactions are antiferromagnetic in nature and of the order of a few K only. Monte Carlo simulations using the ab initio parameters to define the spin model Hamiltonian result in a Nel temperature in good agreement with experiment. Spin population analysis situates the magnetic moment on the copper and oxygen ions between the completely localized picture derived from experiment and the more delocalized picture based on local-density calculations.

Na(+)-K(+)-ATPase gene expression during in vitro development of rat fetal forebrain.

The existence of at least three isoforms of Na(+)-K(+)-ATPase in adult brain tissues [alpha 1, kidney type; alpha 2 [or alpha(+)]; alpha 3] suggests that these genes might be regulated in a cell-specific and time-dependent manner during development. We have studied this question in serum-free aggregating cell cultures of mechanically dissociated rat fetal telencephalon. At the protein level, the relative rate of synthesis of the pool of alpha 1-, alpha 2-, and alpha 3-subunits increased approximately twofold over 15 days of culture, leading to a marked increase in the immunochemical pool of alpha-subunits as measured by a panspecific polyclonal antibody. Concomitantly, Na(+)-K(+)-ATPase enzyme-specific activity increased three- (lower forebrain) to sixfold (upper forebrain). The transcripts of all three alpha-isoforms and beta-subunit were detected in vitro in similar proportion to the level observed in vivo. alpha 3-mRNA (3.7 kb) was more abundant than alpha 1 (3.7 kb) or alpha 2 (5.3 and 3.4 kb). Cytosine arabinoside (0.4 microM) and cholera toxin (0.1 microM) were used to selectively eliminate glial cells or neurons, respectively. It was found that alpha 2-mRNA is predominantly transcribed in glial cell cultures, whereas alpha 3- and beta 1-mRNA (2.7, 2.3, and 1.8 kb) are predominant in neuronal cultures.

Structural organization of alpha-subunit from purified and microsomal toad kidney (Na+ + K+)-ATPase as assessed by controlled trypsinolysis

The membrane organization of the alpha-subunit of purified (Na+ + K+)-ATPase ((Na+ + K+)-dependent adenosine triphosphate phosphorylase, EC 3.6.1.3) and of the microsomal enzyme of the kidney of the toad Bufo marinus was compared by using controlled trypsinolysis. With both enzyme preparations, digestions performed in the presence of Na+ yielded a 73 kDa fragment and in the presence of K+ a 56 kDa, a 40 kDa and small amounts of a 83 kDa fragment from the 96 kDa alpha-subunit. In contrast to mammalian preparations (Jørgensen, P.L. (1975) Biochim. Biophys. Acta 401, 399-415), trypsinolysis of the purified amphibian enzyme led to a biphasic loss of (Na+ + K+)-ATPase activity in the presence of both Na+ and K+. These data could be correlated with an early rapid cleavage of 3 kDa from the alpha-subunit in both ionic conditions and a slower degradation of the remaining 93 kDa polypeptide. On the other hand, in the microsomal enzyme, a 3 kDa shift of the alpha-subunit could only be produced in the presence of Na+. Our data indicate that (1) purification of the amphibian enzyme with detergent does not influence the overall topology of the alpha-subunit but produces a distinct structural alteration of its N-terminus and (2) the amphibian kidney enzyme responds to cations with similar conformational transitions as the mammalian kidney enzyme. In addition, anti alpha-serum used on digested enzyme samples revealed on immunoblots that the 40 kDa fragment was better recognized than the 56 kDa fragment. It is concluded that the NH2-terminal of the alpha-subunit contains more antigenic sites than the COOH-terminal domain in agreement with the results of Farley et al. (Farley, R.A., Ochoa, G.T. and Kudrow, A. (1986) Am. J. Physiol. 250, C896-C906).

Mouaille Dans Le Sahe Lane ; K'sida Tal Guandouze : sika / Thatha El Ralpya, chant [acc. instr.]

[Traditions. Afrique du Nord. Maroc]

Evidence for different expression profiles for c-Met, EGFR, PTEN and the mTOR pathway in low and high grade endometrial carcinomas in a cohort of consecutive women. Occurrence of PIK3CA and K-Ras mutations and microsatellite instability.

Molecular and genetic investigations in endometrial carcinogenesis may have prognostic and therapeutic implications. We studied the expression of EGFR, c-Met, PTEN and the mTOR signalling pathway (phospho-AKT/phospho-mTOR/phospho-RPS6) in 69 consecutive tumours and 16 tissue microarrays. We also analysed PIK3CA, K-Ras mutations and microsatellite instability (MSI). We distinguished two groups: group 1 (grade 1 and 2 endometrioid cancers) and group 2 (grade 3 endometrioid and type II clear and serous cell cancers). We hypothesised that these histological groups might have different features. We found that a) survival was higher in group 1 with less aggressive tumours (P⟨0.03); b) EGFR (P=0.01), PTEN and the AKT/mTOR/RPS6 signalling pathway were increased in group 1 versus group 2 (P=0.05 for phospho-mTOR); c) conversely, c-Met was higher (P⟨0.03) in group 2 than in group 1; d) In group 1, EGFR was correlated with c-Met, phospho-mTOR, phospho-RPS6 and the global activity of the phospho-AKT/phospho-mTOR/phospho-RPS6 pathway. In group 2, EGFR was correlated only with the phospho-AKT/phospho-mTOR/phospho-RPS6 pathway, whereas c-Met was correlated with PTEN; e) survival was higher for tumours with more than 50% PTEN-positive cells; f) K-RAS and PIK3CA mutations occurred in 10-12% of the available tumours and MSI in 40.4%, with a loss of MLH1 and PMS2 expression. Our results for endometrial cancers provide the first evidence for a difference in status between groups 1 and 2. The patients may benefit from different targeted treatments, anti-EGFR agents and rapamycin derivatives (anti-mTOR) for group 1 and an anti c-MET/ligand complex for group 2.

Free-breathing 3D steady-state free precession coronary MR angiography with radial k-space sampling: comparison with cartesian k-space sampling and cartesian gradient-echo coronary MR angiography--pilot study.

The authors compared radial steady-state free precession (SSFP) coronary magnetic resonance (MR) angiography, cartesian k-space sampling SSFP coronary MR angiography, and gradient-echo coronary MR angiography in 16 healthy adults and four pilot study patients. Standard gradient-echo MR imaging with a T2 preparatory pulse and cartesian k-space sampling was the reference technique. Image quality was compared by using subjective motion artifact level and objective contrast-to-noise ratio and vessel sharpness. Radial SSFP, compared with cartesian SSFP and gradient-echo MR angiography, resulted in reduced motion artifacts and superior vessel sharpness. Cartesian SSFP resulted in increased motion artifacts (P <.05). Contrast-to-noise ratio with radial SSFP was lower than that with cartesian SSFP and similar to that with the reference technique. Radial SSFP coronary MR angiography appears preferable because of improved definition of vessel borders.

Response of P, K, Mg and NO‚́ƒ-N contents of carrots to irrigation, soil compaction, and nitrogen fertilisation

Selostus: Maan tiiviyden, sadetuksen ja typpilannoituksen vaikutus porkkanan kivennäisainepitoisuuteen ja ravinteiden ottoon sekä nitraatin kertymiseen