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.

Secular changes of spinal canal dimensions in Western Switzerland: a narrowing epidemic?

STUDY DESIGN: Computed tomography-based anatomical study. OBJECTIVE: To study the secular changes in lumbar spinal canal dimensions. SUMMARY OF BACKGROUND DATA: Development of symptomatic lumbar spinal stenosis, among other factors, is related to the dimensions of the bony canal. The canal reaches its adult size early on in life. Several factors, including protein intake, may influence its final dimensions. As with increases in human stature from improvements of socioeconomic conditions, we hypothesized that adult bony canal size has also grown larger in recent generations. METHODS: This study analyzes computed tomographic reconstructions from 184 subjects performed for either trauma (n = 81) or abdominal pathologies (n = 103) and born either between 1940 and 1949 (n = 88) or 1970 and 1979 (n = 96). The cross-sectional area of the bony canal was digitally measured at the level of the pedicle (i.e., at a level not influenced by degenerative changes) for each lumbar vertebra. Intra- and interobserver reliability was assessed. RESULTS: Intra- and interobserver measurement reliability were excellent (interclass correlation coefficient = 0.87) and good (interclass correlation coefficient = 0.61), respectively. Contrary to our hypothesis, the 1940-1949 generation patient group exhibited larger lumbar canals at all levels as compared with the 1970-1979 group. Statistically this difference was highly significant (P < 0.001) and particularly pronounced in the trauma subgroup. CONCLUSION: Given that human stature evolution has stabilized and adult height is established during the first 2 years of long bone growth, it is possible that antenatal factors are responsible for this surprising finding. Maternal smoking and age may be possible explanations. This finding may have significant implications. An increasing number of patients may emerge with lumbar spinal stenosis as degenerative changes develop, putting a strain on health resources. Further studies in different population groups and countries will be important to further confirm this trend. LEVEL OF EVIDENCE: 3.

Passer d'un modèle de fonctionnement associatif à un modèle institutionnel: une analyse des transformations de l'organisation du travail

Le monde de l'action humanitaire a connu des développements importants durant les dernières décennies. Sur les terrains d'interventions, les crises et les conflits se sont fortement complexifiés, nécessitant la participation de spécialistes de nombreux domaines. Par ailleurs, les volumes financiers générés par les campagnes de dons et mis à disposition par les bailleurs de fonds ont considérablement augmenté. En corollaire de cette croissance financière, les exigences de contrôle et de traçabilité des fonds se sont renforcées. En lien avec ces éléments, le nombre de salariés dans les grandes organisations non gouvernementales a augmenté de manière exponentielle. Une littérature spécifique sur les modalités d'évaluation des performances, le management et le « leadership » des organisations dites du « tiers secteur » a d'ailleurs vu le jour, comme l'illustre la naissance, en 1990, de la revue « Nonprofit Management and Leadership ». Les pays bénéficiaires de l'aide ont également développé des exigences spécifiques envers les projets mis en oeuvre par les ONG. Par des phénomènes de « socialisation des standards occidentaux », ces derniers attendent des acteurs internationaux un certain niveau de qualité des programmes.Pour s'adapter à ces évolutions et répondre aux exigences d'efficacité auxquelles elles sont soumises, les organisations d'aide ont dû se transformer. Les grandes organisations ont ainsi connu durant les dernières décennies un mouvement de professionnalisation de leur structure, les conduisant à se rapprocher d'un modèle de fonctionnement que nous nommerons ici « institutionnel », à savoir formalisé et organisé. Nous employons ici le terme de professionnalisation dans l'appréciation qu'en font les acteurs du milieu humanitaire, à savoir en ce qu'il désigne « les restructurations internes auxquelles leurs organisations font face depuis la fin des années 1980 ». Différents indicateurs de cette professionnalisation au sein des ONG peuvent être identifiés, notamment une plus forte division du travail, le développement de statuts spécifiques, la salarisation croissante des métiers de l'humanitaire ou encore le recours aux fonds publics.Une conséquence également de cette évolution est l'entrée de nouveaux métiers sur la scène humanitaire. À côté des professions traditionnellement à l'origine des ONG (médecins, ingénieurs, juristes, etc.), la complexification et la diversification des tâches a rendu nécessaire de faire appel à des compétences professionnelles spécifiques dans des domaines tels que la communication, l'informatique ou la finance, pour ne citer que quelques exemples. Des connaissances et des pratiques spécifiques en matière de management des ONG se sont développées depuis la fin des années 1990. Le métier de logisticien est apparu, lequel est enseigné dans des structures spécialisées (par exemple par l'association Bioforce en France). Des formations académiques spécialisées dans le domaine de l'humanitaire et de la coopération ont également vu le jour, avec le but affiché de former des professionnels spécialistes de l'humanitaire. On peut par exemple citer le PIAH en Suisse (Programme interdisciniplinaire en action humanitaire, 2011), ou encore les formations dispensées par le CIHC aux États-Unis. [auteur]