Role of the epithelial sodium channel (ENaC) and its regulator CAP1/Prss8 in colon

Dans les cellules épithéliales sensibles à l'aldostérone, le canal sodique épithélial (ENaC) joue un rôle critique dans le contrôle de l'équilibre sodique, le volume sanguin, et la pression sanguine. Le rôle d'ENaC est bien caractérisé dans le rein et les poumons, cependant le rôle d'ENaC et son régulateur positif la protéase activatrice de canal 1 (CAP1 /Prss8) sur le transport sodique dans le côlon reste en grande partie inconnu. Nous avons étudié l'importance d'ENaC et de CAPMPrss8 dans le côlon. Les souris déficientes pour la sous- unité aENaC (souris ScnnlaKO) dans les cellules superficielles intestinales étaient viables et ne montraient pas de létalité embryonnaire ou postnatale. Sous diète normale (RS) ou pauvre en sodium (LS), la différence de potentiel rectale sensible à l'amiloride (APDamii) était drastiquement diminuée et son rythme circadien atténué. Sous diète normale (RS) ou diète riche en sodium (HS) ou fort chargement de potassium, le sodium et le potassium plasmatique et urinaire n'étaient pas significativement changé. Cependant, sous LS, les souris Senni aK0 perdaient des quantités significativement augmentées de sodium dans leurs fèces, accompagnées par de très hauts taux d'aldostérone plasmatique et une rétention urinaire en sodium augmentée. Les souris déficientes en CAPl/PmS (Prss8K0) dans les cellules superficielles intestinales étaient viables et ne montraient pas de létalité embryonnaire ou postnatale. Sous diètes RS et HS cependant, les souris Prss8KO montraient une diminution significative du APDamil dans l'après-midi, mais le rythme circadien était maintenu. Sous diète LS, la perte de sodium par les fèces était accompagnée par des niveaux d'aldostérone plasmatiques plus élevés. Par conséquent, nous avons identifié la protéase activatrice de canal CAP 1 IPrss8 comme un régulateur important d'ENaC dans le côlon in vivo. De plus, nous étudions l'importance d'ENaC et de CAPIIPrss8 dans les conditions pathologiques comme les maladies inflammatoires chroniques de l'intestin (MICI). Le résultat préliminaire out montre qu'une déficience d'Prss8 mènait à la détérioration de la colite induite par le DSS comparé aux modèles contrôles respectifs. En résumé, l'étude a montré que sous restriction de sel, l'absence d'ENaC dans Pépithélium de surface du côlon était compensée par 1'activation du système rénine-angiotensine- aldostérone (RAAS) dans le rein. Ceci a mené à un pseudohypoaldostéronisme de type I spécifique au côlon avec résistance aux minéralocorticoïdes sans signe d'altération de rétention de potassium. - In aldosterone-responsive epithelial cells of kidney and colon, the epithelial sodium channel (ENaC) plays a critical role in the control of sodium balance, blood volume, and blood pressure. The role of ENaC is well characterized in kidney and lung, whereas role of ENaC and its positive regulator channel-activating protease 1 (CAPl/PrasS) on sodium transport in colon is largely unknown. We have investigated the importance of ENaC and CAPI/Prss8 in colon for sodium and potassium balance. Mice lacking the aENaC subunit (Scnnla mice) in intestinal superficial cells were viable and did not show any fetal or perinatal lethality. Under regular (RS) or low salt (LS) diet, the amiloride sensitive rectal potential difference (APDamii) was drastically decreased and its circadian rhythm blunted. Under regular salt (RS) or high salt (HS) diets or under potassium loading, plasma and urinary sodium and potassium were not significantly changed. However, upon LS, the ScnnlaK0 mice lost significant amounts of sodium in their feces, accompanied by very high plasma aldosterone and increased urinary sodium retention. Mice lacking the CAPl/PrasS (Prss8K0) in intestinal superficial cells were viable and did not show any fetal or perinatal lethality. Upon RS and HS diets, however, Prss8K0 exhibited a significantly reduced APDamii in the afternoon, but its circadian rhythm was maintained. Upon LS diet, sodium loss through feces was accompanied by higher plasma aldosterone levels. Thus, we have identified the channel-activating protease CAPl/Prss8 as an important in vivo regulator of ENaC in colon. Furthermore, we are investigating the importance of ENaC and CAPI/Prss8 in pathological conditions like inflammatory bowel disease (IBD). Preliminary data showed that PmS-deficiency led to worsening of DSS-induced colitis as compared to their respective controls. Overall, the present study has shown that under salt restriction, the absence of ENaC in colonic surface epithelium was compensated by the activation of renin-angiotensin- aldosterone (RAAS) system in the kidney. This led to a colon specific pseudohypoaldosteroni sm type 1 with mineralocorticoid resistance without evidence of impaired potassium retention.

Role of the epithelial sodium channel (ENaC) in the epidermal barrier function of the skin

Abstract In humans, the skin is the largest organ of the body, covering up to 2m2 and weighing up to 4kg in an average adult. Its function is to preserve the body from external insults and also to retain water inside. This barrier function termed epidermal permeability barrier (EPB) is localized in the functional part of the skin: the epidermis. For this, evolution has built a complex structure of cells and lipids sealing the surface, the stratum corneum. The formation of this structure is finely tuned since it is not only formed once at birth, but renewed all life long. This active process gives a high plasticity and reactivity to skin, but also leads to various pathologies. ENaC is a sodium channel extensively studied in organs like kidney and lung due to its importance in regulating sodium homeostasis and fluid volume. It is composed of three subunits α, ß and r which are forming sodium selective channel through the cell membrane. Its presence in the skin has been demonstrated, but little is known about its physiological role. Previous work has shown that αENaC knockout mice displayed an abnormal epidermis, suggesting a role in differentiation processes that might be implicated in the EPB. The principal aim of this thesis has been to study the consequences for EPB function in mice deficient for αENaC by molecular and physiological means and to investigate the underlying molecular mechanisms. Here, the barrier function of αENaC knockout pups is impaired. Apparently not immediately after birth (permeability test) but 24h later, when evident water loss differences appeared compared to wildtypes. Neither the structural proteins of the epithelium nor the tights junctions showed any obvious alterations. In contrary, stratum corneum lipid disorders are most likely responsible for the barrier defect, accompanied by an impairment of skin surface acidification. To analyze in details this EPB defect, several hypotheses have been proposed: reduced sensibility to calcium which is the key activator far epidermal formation, or modification of ENaC-mediated ion fluxes/currents inside the epidermis. The cellular localization of ENaC and the action in the skin of CAPl, a positive regulator of ENaC, have been also studied in details. In summary, this study clearly demonstrates that ENaC is a key player in the EPB maintenance, because αENaC knockout pups are not able to adapt to the new environment (ex utero) as efficiently as the wildtypes, most likely due to impaired of sodium handling inside the epidermis. Résumé Chez l'homme, la peau est le plus grand organe, couvrant presque 2m2 et pesant près de 4kg chez l'adulte. Sa fonction principale est de protéger l'organisme des agressions extérieures mais également de conserver l'eau à l'intérieur du corps. Cette fonction nommée barrière épithéliale est localisée dans la partie fonctionnelle de la peau : l'épiderme. A cette fin, l'évolution s'est dotée d'une structure complexe composée de cellules et de lipides recouvrant la surface, la couche cornée. Sa formation est finement régulée, car elle n'est pas seulement produite à la naissance mais constamment renouvelée tout au long de la vie, ce qui lui confère une grande plasticité mais ce qui est également la cause de nombreuses pathologies. ENaC est un canal sodique très étudié dans le rein et le poumon pour son importance dans la régulation de l'homéostasie sodique et la régulation du volume du milieu intérieur. Il est composé de 3 sous unités, α, ß et y qui forment un pore sélectif pour le sodium dans les membranes. Ce canal est présent dans la peau mais sa fonction n'y est pas connue. Des travaux précédents ont pu montrer que les souris dont le gène codant pour αENaC a été invalidé présentent un épiderme pathologique, suggérant un rôle dans la différentiation et pourrait même être impliqué dans la barrière épithéliale. Le but de cette thèse fut l'étude de la barrière dans ces souris knockouts avec des méthodes moléculaires et physiologiques et la caractérisation des mécanismes moléculaire impliqués. Dans ce travail, il a été montré que les souris mutantes présentaient un défaut de la barrière. Ce défaut n'est pas visible immédiatement à la naissance (test de perméabilité), mais 24h plus tard, lorsque les tests de perte d'eau transépithéliale montrent une différence évidente avec les animaux contrôles. Ni les protéines de structures ni les jonctions serrées de l'épiderme ne présentaient d'imperfections majeures. A l'inverse, les lipides de la couche cornée présentaient un problème de maturation (expliquant le phénotype de la barrière), certainement consécutif au défaut d'acidification à la surface de la peau que nous avons observé. D'autres mécanismes ont été explorées afin d'investiguer cette anomalie de la barrière, comme la réduction de sensibilité au calcium qui est le principal activateur de la formation de l'épiderme, ou la modification des flux d'ions entre les couches de l'épiderme. La localisation cellulaire d'ENaC, et l'action de son activateur CAPl ont également été étudiés en détails. En résumé, cette étude démontre clairement qu'ENaC est un acteur important dans la formation de la barrière épithéliale, car la peau des knockouts ne s'adapte pas aussi bien que celle des sauvages au nouvel environnement ex utero à cause de la fonction d'ENaC dans les mouvements de sodium au sein même de l'épiderme. Résumé tout public Chez l'homme, la peau est le plus grand organe, couvrant presque 2m2 et pesant près de 4kg chez l'adulte. Sa fonction principale est de protéger l'organisme des agressions extérieures mais également de conserver l'eau à l'intérieur du corps. Cette fonction nommée barrière épithéliale est localisée dans la partie fonctionnelle de la peau : l'épiderme. A cette fin, l'évolution s'est dotée d'une structure complexe composée de cellules et de lipides recouvrant la surface, la couche cornée. Sa formation est finement régulée, car elle n'est pas seulement produite à la naissance mais constamment renouvelée tout au long de la vie, ce qui lui confère une grande plasticité mais ce qui est également la cause de nombreuses maladies. ENaC est une protéine formant un canal qui permet le passage sélectif de l'ion sodium à travers la paroi des cellules. Il est très étudié dans le rein pour son importance dans la récupération du sel lors de la concentration de l'urine. Ce canal est présent dans la peau mais sa fonction n'y est pas connue. Des travaux précédents ont pu montrer que les souris où le gène codant pour αENaC a été invalidé présentent un épiderme pathologique, suggérant un rôle dans la peau et plus particulièrement la fonction de barrière de l'épiderme. Le but de cette thèse fut l'étude de la fonction de barrière dans ces souris mutantes, au niveau tissulaire et cellulaire. Dans ce travail, il a été montré que les souris mutantes présentaient une peau plus perméable que celle des animaux contrôles, grâce à une machine mesurant la perte d'eau à travers la peau. Ce défaut n'est visible que 24h après la naissance, mais nous avons pu montrer que les animaux mutants perdaient quasiment 2 fois plus d'eau que les contrôles. Au niveau moléculaire, nous avons pu montrer que ce défaut provenait d'un problème de maturation des lipides qui composent la barrière de la peau. Cette maturation est incomplète vraisemblablement à cause d'un défaut de mouvement des ions dans les couches les plus superficielles de l'épiderme, et cela à cause de l'absence du canal ENaC. En résumé, cette étude démontre clairement qu'ENaC est un acteur important dans la formation de la barrière épithéliale, car la peau des mutants ne s'adapte pas aussi bien que celle des sauvages au nouvel environnement ex utero à cause de la fonction d'ENaC dans les mouvements de sodium au sein même de l'épiderme.

alphaENaC-mediated lithium absorption promotes nephrogenic diabetes insipidus.

Lithium-induced nephrogenic diabetes insipidus (NDI) is accompanied by polyuria, downregulation of aquaporin 2 (AQP2), and cellular remodeling of the collecting duct (CD). The amiloride-sensitive epithelial sodium channel (ENaC) is a likely candidate for lithium entry. Here, we subjected transgenic mice lacking αENaC specifically in the CD (knockout [KO] mice) and littermate controls to chronic lithium treatment. In contrast to control mice, KO mice did not markedly increase their water intake. Furthermore, KO mice did not demonstrate the polyuria and reduction in urine osmolality induced by lithium treatment in the control mice. Lithium treatment reduced AQP2 protein levels in the cortex/outer medulla and inner medulla (IM) of control mice but only partially reduced AQP2 levels in the IM of KO mice. Furthermore, lithium induced expression of H(+)-ATPase in the IM of control mice but not KO mice. In conclusion, the absence of functional ENaC in the CD protects mice from lithium-induced NDI. These data support the hypothesis that ENaC-mediated lithium entry into the CD principal cells contributes to the pathogenesis of lithium-induced NDI.

Apport de la pH-impédancemétrie au diagnostic du reflux gastro- oesophagien et de la dysphagie [Advantages of pH-impedance monitoring in gastroesophageal reflux and dysphagia investigations]

Les manifestations ORL du reflux gastro-œsophagien sont fréquentes. La pH-impédancemétrie permet d’évaluer des reflux acides ou non acides et de déterminer leur extension proximale. A la lumière de deux patients de notre collectif, nous observons une corrélation entre reflux non acide et symptômes ORL dans le premier cas et une suppression acide insuffisante dans le deuxième cas. Ces résultats nous orientent vers un traitement spécifique complémentaire aux inhibiteurs de la pompe à protons. La pH-impédancemétrie détecte les reflux aussi bien acides que non acides, et analyse la concordance entre les symptômes et les épisodes de reflux. Elle permet ainsi une meilleure compréhension des manifestations ORL du reflux gastro-œsophagien et une prise en charge thérapeutique mieux adaptée. ENT symptoms of gastro-esophageal reflux are frequent. pH-impedance can detect acid and non-acid reflux and measure their proximal extension. The technique identifies the refluxate by changes in impedance. We discuss 2 clinical situations where correlation of symptoms could be explained by a non-acid reflux in the first case, and a lack of acid suppression in the second case, respectively. These results lead to a specific additional treatment to proton pump inhibitors (PPI). This technology provides a better understanding of the pathogenesis of reflux laryngitis, and affords the prescription of PPI on a proven diagnosis. Detection of non-acid reflux leads to an optimized medical treatment.

Independent relations of left ventricular structure with the 24-h urinary excretion of sodium and aldosterone

Objective: Previous studies reported on the association of left ventricular mass index (LVMI) with urinary sodium or with circulating or urinary aldosterone.We investigated the independent associations of LVMI with the urinary excretion of both sodium and aldosterone. Design and method: We randomly recruited 317 untreated subjects from a White population (45.1%women; mean age 48.2 years).Measurements included echocardiographic left ventricular (LV) properties, the 24 h urinary excretion of sodium and aldosterone, plasma renin activity (PRA), and proximal (RNaprox) and distal (RNadist) renal sodium reabsorption, assessed fromthe endogenous lithium clearance. Inmultivariable-adjusted models,we expressed changes in LVMI per 1 SD increase in the explanatory variables, while accounting for sex, age, systolic blood pressure and the waist-to-hip ratio. Results: LVMI increased independentlywith the urinary excretion of both sodium (+2.48 g/m2; P=0.005) and aldosterone (+2.63 g/m2; P=0.004). Higher sodium excretion was associated with increased mean wall thickness (MWT: +0.126 mm, P=0.054), but with no change in LV end-diastolic diameter (LVID: +0.12mm, P=0.64). In contrast, higher aldosterone excretion was associated with higher LVID (+0.54 mm; P=0.017), but with no change in MWT (+0.070mm; P=0.28).Higher RNadistwas associatedwith lower relativewall thickness (−0.81×10−2, P=0.017), because of opposite trends in LVID(+0.33 mm; P=0.13) and MWT (−0.130mm; P=0.040). LVMI was not associated with PRA or RNaprox. Conclusions: LVMI independently increased with both urinary sodium and aldosterone excretion. IncreasedMWT explained the association of LVMI with urinary sodium and increased LVID the association of LVMI with urinary aldosterone.

CARDIAC AND MUSCLE CHANNELOPATHIES: ROLES AND REGULATION OF VOLTAGE-GATED SODIUM CHANNELS

Abstract :The contraction of the heart or skeletal muscles is mainly due to the propagation, through excitable cells, of an electrical influx called action potential (AP). The AP results from the sequential opening of ion channels that generate inward or outward currents through the cell membrane. Among all the channels involved, the voltage-gated sodium channel is responsible for the rising phase of the action potential. Ten genes encode the different isoforms of these channels (from Nav1.1 to Nav1.9 and an atypical channel named NavX). Nav1.4 and Nav1.5 are the main skeletal muscle and cardiac sodium channels respectively. Their importance for muscle and heart function has been highlighted by the description of mutations in their encoding genes SCN4A and SCNSA. They lead respectively to neuromuscular disorders such as myotonia or paralysis (for Nav1.4), and to cardiac arrhythmias that can deteriorate into sudden cardiac death (for Nav1.5).The general aim of my PhD work has been to study diseases linked with channels dysfunction, also called channelopathies. In that purpose, I investigated the function and the regulation of the muscle and cardiac voltage-gated sodium channels. During the two first studies, I characterized the effects of two mutations affecting Nav1.4 and Nav1.5 function. I used the HEK293 model cells to express wild-type or mutant channels and then studied their biophysical properties with the patch-clamp technique, in whole cell configuration. We found that the SCN4A mutation produced complex alterations of the muscle sodium channel function, that could explain the myotonic phenotype described in patients carrying the mutation. In the second study, the index case was an heterozygous carrier of a SCNSA mutation that leads to a "loss of function" of the channel. The decreased sodium current measured with mutated Nay 1.5 channels, at physiological temperature, was a one of the factors that could explain the observed Brugada syndrome. The last project aimed at identifying a new potential protein interacting with the cardiac sodium channel. We found that the protein SAP97 binds the three last amino-acids of the C-terminus of Na,, 1.5. Our results also indicated that silencing the expression of SAP97 in HEK293 cells decreased the sodium current. Sodium channels lacking their three last residues also produced a reduced INa. These preliminary results suggest that SAP97 is implicated in the regulation of sodium channel. Whether this effect is direct or imply the action of an adaptor protein remains to be investigated. Moreover, our group has previously shown that Nav1.5 channels are localized to lateral membranes of cardiomyocytes by the dystrophin multiprotein complex (DMC). This suggests that sodium channels are distributed in, at least, two different pools: one targeted at lateral membranes by DMC and the other at intercalated discs by another protein such as SAP97.These studies reveal that cardiac and muscle diseases may result from ion channel mutations but also from regulatory proteins affecting their regulation.Résumé :La contraction des muscles et du coeur est principalement due à la propagation, à travers les cellules excitables, d'un stimulus électrique appelé potentiel d'action (PA). C'est l'ouverture séquentielle de plusieurs canaux ioniques transmembranaires, permettant l'entrée ou la sortie d'ions dans la cellule, qui est à l'origine de ce PA. Parmi tous les canaux ioniques impliqués dans ce processus, les canaux sodiques dépendant du voltage sont responsables de la première phase du potentiel d'action. Les différentes isoformes de ces canaux (de Nav1.1 à Nav1.9 et NavX) sont codées par dix gènes distincts. Nav1.4 et Nav1.5 sont les principaux variants exprimés respectivement dans le muscle et le coeur. Plusieurs mutations ont été décrites dans les gènes qui codent pour ces deux canaux: SCN4A (pour Nav1.4) et SCNSA (pour Nav1.5). Elles sont impliquées dans des pathologies neuromusculaires telles que des paralysies ou myotonies (SCN4A) ou des arythmies cardiaques pouvant conduire à la mort subite cardiaque (SCNSA).Mon travail de thèse a consisté à étudier les maladies liées aux dysfonctionnements de ces canaux, aussi appelées canalopathies. J'ai ainsi analysé la fonction et la régulation des canaux sodiques dépendant du voltage dans le muscle squelettique et le coeur. A travers les deux premières études, j'ai ainsi pu examiner les conséquences de deux mutations affectant respectivement les canaux Nav1.4 et Nav1.5. Les canaux sauvages ou mutants ont été exprimés dans des cellules HEK293 afin de caractériser leurs propriétés biophysiques par la technique du patch clamp en configuration cellule entière. Nous avons pu déterminer que la mutation trouvée dans le gène SCN4A engendrait des modifications importantes de la fonction du canal musculaire. Ces altérations fournissent des indications nous permettant d'expliquer certains aspects de la myotonie observée chez les membres de la famille étudiée. Le patient présenté dans la deuxième étude était hétérozygote pour la mutation identifiée dans le gène SCNSA. La perte de fonction des canaux Nav1.5 ainsi engendrée, a été observée lors d'analyses à températures physiologiques. Elle représente l'un des éléments pouvant potentiellement expliquer le syndrome de Brugada du patient. La dernière étude a consisté à identifier une nouvelle protéine impliquée dans la régulation du canal sodique cardiaque. Nos expériences ont démontré que les trois derniers acides aminés de la partie C-terminale de Nav1.5 pouvaient interagir avec la protéine SAP97. Lorsque que l'expression de la SAP97 est réduite dans les cellules HEK293, cela induit une baisse importante du courant sodique. De même, les canaux tronqués de leurs trois derniers acides aminés génèrent un flux ionique réduit. Ces résultats préliminaires suggèrent que SAP97 est peut-être impliquée dans la régulation du canal Na,,1.5. Des expériences complémentaires permettront de déterminer si ces deux protéines interagissent directement ou si une protéine adaptatrice est nécessaire. De plus, nous avons préalablement montré que les canaux Nav1.5 étaient localisés au niveau de la membrane latérale des cardiomyocytes par le complexe multiprotéique de la dystrophine (DMC). Ceci suggère que les canaux sodiques peuvent être distribués dans un minimum de deux pools, l'un ciblé aux membranes latérales pax le DMC et l'autre dirigé vers les disques intercalaires par des protéines telles que SAP97.L'ensemble de ces études met en évidence que certaines maladies musculaires et cardiaques peuvent être la conséquence directe de mutations de canaux ioniques, mais que l'action de protéines auxiliaires peut aussi affecter leur fonction.

Regulation of the expression of Nav1.5, the cardiac voltage-gated sodium channel

Abstract The cardiac sodium channel Nav1.5 plays a key role in cardiac excitability and conduction. Its importance for normal cardiac function has been highlighted by descriptions of numerous mutations of SCN5A (the gene encoding Nav1.5), causing cardiac arrhythmias which can lead to sudden cardiac death. The general aim of my PhD research project has been to investigate the regulation of Nav1.5 along two main axes: (1) We obtained experimental evidence revealing an interaction between Nav1.5 and a multiprotein complex comprising dystrophin. The first part of this study reports the characterization of this interaction. (2) The second part of the study is dedicated to the regulation of the cardiac sodium channel by the mineralocorticoid hormone named aldosterone. (1) Early in this study, we showed that Nav1.5 C-terminus was associated with dystrophin and that this interaction was mediated by syntrophin proteins. We used dystrophin-deficient mdx5cv mice to study the role of this interaction. We reported that dystrophin deficiency led to a reduction of both Nav1.5 protein level and the sodium current (INa). We also found that mdx5cv mice displayed atrial and ventricular conduction defects. Our results also indicated that proteasome inhibitor MG132 treatment of mdx5cv mice rescued Nav1.5 protein level and INa in cardiac tissue. (2) We showed that aldosterone treatment of mice cardiomyocytes led to an increase of the sodium current with no modification of Nav1.5 transcript and protein level. Altogether, these results suggest that the sodium current can be increased by distribution of intracellular pools of protein to the plasma membrane (e.g. upon aldosterone stimulation) and that interaction with dystrophin multiprotein complex is required for the stabilization of the channel at the plasma membrane. Finally, we obtained preliminary results suggesting that the proteasome could regulate Nav1.5 in mdx5cv mice. This study defines regulatory mechanisms of Nav1.5 which could play an important role in cardiac arrhythmia and bring new insight in cardiac conduction alterations observed in patients with dystrophinopathies. Moreover, this work suggests that Brugada syndrome, and some of the cardiac alterations seen in Duchenne patients may be caused by overlapping molecular mechanisms leading to a reduction of the cardiac sodium current.

Prévention des troubles du rythme cardiaque en hémodialyse: quels sont les facteurs modulables [Prevention of cardiac arrhythmias in hemodialysis: what are the modulating factors?].

La mort subite est la première cause de mortalité chez les patients souffrant d'une insuffisance rénale terminale traités par dialyse chronique. La technique de dialyse utilisée et la composition chimique du dialysat influencent l'incidence des arythmies. Des études pilotes démontrent que l'utilisation d'un dialysat sans acétate avec perfusion de bicarbonate de sodium en aval du filtre de dialyse, couplée à une modulation du profil de potassium pendant la séance de dialyse, ou acetate free biofiltration with potassium profiled dialysate, permet de réduire l'incidence des arythmies, l'intervalle QT et sa dispersion. La limitation du volume de soustraction liquidienne pendant la dialyse et l'augmentation de la concentration de calcium dans le dialysat constituent d'autres stratégies anti-arythmogènes possibles Sudden death is the first cause of mortality in patients with end stage renal disease undergoing chronic dialysis treatment. The technique of dialysis as well as the chemical composition of the dialysate can impact on the incidence of cardiac arrhythmias. Pilot studies reveal that the use of an acetate-free dialysate with a downstream filter infusion of sodium bicarbonate, coupled with a modulated potassium-profiled dialysate during hemodialysis, or acetate free biofiltration with potassium profiled dialysate, reduces the incidence of arrhythmias, the QT interval and QT dispersion. The limitation of the ultrafiltration volume during the dialysis session, and the increase in calcium concentration in the dialysate are other possible strategies to reduce cardiac arrhythmias.

Effect of inhibition of nitric oxide synthase on blood pressure and renal sodium handling in renal denervated rats

The role of sympathetic nerve activity in the changes in arterial blood pressure and renal function caused by the chronic administration of NG-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME), an inhibitor of nitric oxide (NO) synthesis, was examined in sham and bilaterally renal denervated rats. Several studies have demonstrated that sympathetic nerve activity is elevated acutely after L-NAME administration. To evaluate the role of renal nerve activity in L-NAME-induced hypertension, we compared the blood pressure response in four groups (N = 10 each) of male Wistar-Hannover rats weighing 200 to 250 g: 1) sham-operated vehicle-treated, 2) sham-operated L-NAME-treated, 3) denervated vehicle-treated, and 4) denervated L-NAME-treated rats. After renal denervation or sham surgery, one control week was followed by three weeks of oral administration of L-NAME by gavage. Arterial pressure was measured weekly in conscious rats by a tail-cuff method and renal function tests were performed in individual metabolic cages 0, 7, 14 and 21 days after the beginning of L-NAME administration. L-NAME (60 mg kg-1 day-1) progressively increased arterial pressure from 108 ± 6.0 to 149 ± 12 mmHg (P<0.05) in the sham-operated group by the third week of treatment which was accompanied by a fall in creatinine clearance from 336 ± 18 to 222 ± 59 µl min-1 100 g body weight-1 (P<0.05) and a rise in fractional urinary sodium excretion from 0.2 ± 0.04 to 1.62 ± 0.35% (P<0.05) and in sodium post-proximal fractional excretion from 0.54 ± 0.09 to 4.7 ± 0.86% (P<0.05). The development of hypertension was significantly delayed and attenuated in denervated L-NAME-treated rats. This was accompanied by a striking additional increase in fractional renal sodium and potassium excretion from 0.2 ± 0.04 to 4.5 ± 1.6% and from 0.1 ± 0.015 to 1.21 ± 0.37%, respectively, and an enhanced post-proximal sodium excretion compared to the sham-operated group. These differences occurred despite an unchanged creatinine clearance and Na+ filtered load. These results suggest that bilateral renal denervation delayed and attenuated the L-NAME-induced hypertension by promoting an additional decrease in tubule sodium reabsorption in the post-proximal segments of nephrons. Much of the hypertension caused by chronic NO synthesis inhibition is thus dependent on renal nerve activity.

Effect of intracerebroventricularly injected insulin on urinary sodium excretion by cerebroventricular streptozotocin-treated rats

Recent evidence suggests that insulin may influence many brain functions. It is known that intracerebroventricular (icv) injection of nondiabetogenic doses of streptozotocin (STZ) can damage insulin receptor signal transduction. In the present study, we examined the functional damage to the brain insulin receptors on central mechanisms regulating glomerular filtration rate and urinary sodium excretion, over four periods of 30 min, in response to 3 µl insulin or 0.15 NaCl (vehicle) injected icv in STZ-treated freely moving Wistar-Hannover rats (250-300 g). The icv cannula site was visually confirmed by 2% Evans blue infusion. Centrally administered insulin (42.0 ng/µl) increased the urinary output of sodium (from 855.6 ± 85.1 to 2055 ± 310.6 delta%/min; N = 11) and potassium (from 460.4 ± 100 to 669 ± 60.8 delta%/min; N = 11). The urinary sodium excretion response to icv insulin microinjection was markedly attenuated by previous central STZ (100 µg/3 µl) administration (from 628 ± 45.8 to 617 ± 87.6 delta%/min; N = 5) or by icv injection of a dopamine antagonist, haloperidol (4 µg/3 µl) (from 498 ± 39.4 to 517 ± 73.2 delta%/min; N = 5). Additionally, insulin-induced natriuresis occurred by increased post-proximal tubule sodium rejection, despite an unchanged glomerular filtration rate. Excluding the possibility of a direct action of STZ on central insulin receptor-carrying neurons, the current data suggest that the insulin-sensitive response may be processed through dopaminergic D1 receptors containing neuronal pathways.

Consequences of cerebroventricular insulin injection on renal sodium handling in rats: effect of inhibition of central nitric oxide synthase

In the present study, we investigated the effects of acute intracerebroventricular (icv) insulin administration on central mechanisms regulating urinary sodium excretion in simultaneously centrally NG-nitro-L-arginine methylester (L-NAME)-injected unanesthetized rats. Male Wistar-Hannover rats were randomly assigned to one of five groups: a) icv 0.15 M NaCl-injected rats (control, N = 10), b) icv dose-response (1.26, 12.6 and 126 ng/3 µL) insulin-injected rats (N = 10), c) rats icv injected with 60 µg L-NAME in combination with NaCl (N = 10) or d) with insulin (N = 10), and e) subcutaneously insulin-injected rats (N = 5). Centrally administered insulin produced an increase in urinary output of sodium (NaCl: 855.6 ± 85.1 Δ%/min; 126 ng insulin: 2055 ± 310.6 Δ%/min; P = 0.005) and potassium (NaCl: 460.4 ± 100 Δ%/min; 126 ng insulin: 669.2 ± 60.8 Δ%/min; P = 0.025). The urinary sodium excretion response to icv 126 ng insulin microinjection was significantly attenuated by combined administration of L-NAME (126 ng insulin: 1935 ± 258.3 Δ%/min; L-NAME + 126 ng insulin: 582.3 ± 69.6 Δ%/min; P = 0.01). Insulin-induced natriuresis occurred by increasing post-proximal sodium excretion, despite an unchanged glomerular filtration rate. Although the rationale for decreased urinary sodium excretion induced by combined icv L-NAME and insulin administration is unknown, it is tempting to suggest that perhaps one of the efferent signals triggered by insulin in the CNS may be nitrergic in nature.

Dexamethasone and sodium carboxymethyl cellulose prevent postoperative intraperitoneal adhesions in rats

We aimed to evaluate the effects of the barrier agent sodium carboxymethyl cellulose (SCMC) with and without dexamethasone for the prevention of postoperative adhesion formation in a rat model of postoperative peritoneal adhesion. A total of 160 three-month old male and female Wistar rats underwent a laparotomy, and adhesions were induced by ileocecal abrasion. Rats were randomly assigned to 4 groups (n=40 each): group A, untreated; group B, treated with SCMC only; group C1, treated with SCMC + 3 mg dexamethasone, and group C2, treated with SCMC + 8 mg dexamethasone. After 12 days, adhesion formation and histopathological changes were compared. In groups A, B, C1, and C2, the mortality rates were 10, 5, 5, and 5%, respectively. In groups C1 and C2, the adhesions were filmy and easy to dissect and were milder compared with those in groups A and B. The total adhesion score in group C1 (3.38±0.49) was significantly lower than that of group B (6.01±0.57; P<0.01) or group A (8.01±0.67; P<0.05). There was no significant difference in adhesion formation between groups C1 and C2. Compared with groups A and B, groups C1 and C2 exhibited milder histopathological changes. SCMC in combination with dexamethasone can prevent adhesion formation and is a better barrier agent than SCMC alone. The safety and feasibility of SCMC in combination with dexamethasone to prevent adhesion formation after abdominal surgery warrants further clinical study.

Évaluation du risque cancérigène associé à la contamination de l’eau potable de puits municipaux par les nitrates/nitrites dans certaines régions rurales du Québec

La spécialisation des techniques agricoles que nous connaissons ces dernières décennies, particulièrement dans les régions rurales, est à l’origine de l’abus de fertilisants. Ces derniers sont actuellement reconnus comme étant les causes principales de la contamination de l’eau souterraine par les nitrates. Suite à leur ingestion via l’eau potable, les nitrates sont transformés en nitrites par la flore buccale. Une fois dans l’estomac les nitrites réagissent avec certaines amines provenant de l’alimentation pour générer des nitrosamines cancérogènes. L’objectif de notre étude était d’estimer quantitativement l’excès de risque de cancer (ER) pour les populations de sept régions rurales du Québec qui consomme l’eau potable provenant de réseaux municipaux alimentés en eau souterraine. Le territoire à l’étude était caractérisé par une agriculture intensive d’élevage. Les médianes (et 95e centiles) régionales des concentrations de nitrates mesurées dans les réseaux de ces régions étaient de : 0,18 (2,74); 0,48 (10,35); 0,15 (1,28); 0,32 (11); 0,05 (0,76); 0,10 (4,69); 0,09 (2,13) mg N-NO3-/l. Nous avons envisagé un scénario de transformation complète des nitrites et de certaines amines (diméthylamine, diéthylamine, n-butylamine, méthyléthylamine) en nitrosamines spécifiques : N-diméthylnitrosamine (NDMA), N-diéthylnitrosamine (NDEA), N-n-dibutylnitrosamine (NDBA) et N-méthyléthylnitrosamine (NMEA). Pour estimer la concentration de nitrites formés dans l’estomac, nous avons considéré une consommation définie d’eau potable, le volume de l’estomac et un taux de transformation des nitrates en nitrites. Supposant les quantités de nitrites et de chaque amine constantes pendant 1h, nous avons considéré la constante de nitrosation spécifique à chaque amine pour évaluer la dose d’exposition journalière à chaque nitrosamine équivalente formée. Par la suite, la combinaison de cette dose à un estimateur de potentiel cancérogène qhumain spécifique à chaque nitrosamine, nous a permis d’évaluer l’ER associé à chacune d’elles. Globalement l’analyse a démontré que les ER les plus élevés, estimés pour le NDBA, étaient de l’ordre de 10-6, ne contribuant pas de façon significative à une augmentation du risque de cancer pour ces populations.

Validation des modèles de pharmacologie de sécurité et évaluation de la valeur thérapeutique de l'oxytocine dans le traitement de l'infarctus du myocarde

En février, 2009 un rapport de PHRMA (Pharmaceutical Research and Manufacturers of America) confirmait que plus de 300 médicaments pour le traitement des maladies cardiaques étaient en phase d’essais cliniques ou en révision par les agences règlementaires. Malgré cette abondance de nouvelles thérapies cardiovasculaires, le nombre de nouveaux médicaments approuvés chaque année (toutes indications confondues) est en déclin avec seulement 17 et 24 nouveaux médicaments approuvés en 2007 et 2008, respectivement. Seulement 1 médicament sur 5000 sera approuvé après 10 à 15 ans de développement au coût moyen de 800 millions $. De nombreuses initiatives ont été lancées par les agences règlementaires afin d’augmenter le taux de succès lors du développement des nouveaux médicaments mais les résultats tardent. Cette stagnation est attribuée au manque d’efficacité du nouveau médicament dans bien des cas mais les évaluations d’innocuité remportent la palme des causes d’arrêt de développement. Primum non nocere, la maxime d’Hippocrate, père de la médecine, demeure d’actualité en développement préclinique et clinique des médicaments. Environ 3% des médicaments approuvés au cours des 20 dernières années ont, par la suite, été retirés du marché suite à l’identification d’effets adverses. Les effets adverses cardiovasculaires représentent la plus fréquente cause d’arrêt de développement ou de retrait de médicament (27%) suivi par les effets sur le système nerveux. Après avoir défini le contexte des évaluations de pharmacologie de sécurité et l’utilisation des bio-marqueurs, nous avons validé des modèles d’évaluation de l’innocuité des nouveaux médicaments sur les systèmes cardiovasculaires, respiratoires et nerveux. Évoluant parmi les contraintes et les défis des programmes de développements des médicaments, nous avons évalué l’efficacité et l’innocuité de l’oxytocine (OT), un peptide endogène à des fins thérapeutiques. L’OT, une hormone historiquement associée à la reproduction, a démontré la capacité d’induire la différentiation in vitro de lignées cellulaires (P19) mais aussi de cellules souches embryonnaires en cardiomyocytes battants. Ces observations nous ont amené à considérer l’utilisation de l’OT dans le traitement de l’infarctus du myocarde. Afin d’arriver à cet objectif ultime, nous avons d’abord évalué la pharmacocinétique de l’OT dans un modèle de rat anesthésié. Ces études ont mis en évidence des caractéristiques uniques de l’OT dont une courte demi-vie et un profil pharmacocinétique non-linéaire en relation avec la dose administrée. Ensuite, nous avons évalué les effets cardiovasculaires de l’OT sur des animaux sains de différentes espèces. En recherche préclinique, l’utilisation de plusieurs espèces ainsi que de différents états (conscients et anesthésiés) est reconnue comme étant une des meilleures approches afin d’accroître la valeur prédictive des résultats obtenus chez les animaux à la réponse chez l’humain. Des modèles de rats anesthésiés et éveillés, de chiens anesthésiés et éveillés et de singes éveillés avec suivi cardiovasculaire par télémétrie ont été utilisés. L’OT s’est avéré être un agent ayant d’importants effets hémodynamiques présentant une réponse variable selon l’état (anesthésié ou éveillé), la dose, le mode d’administration (bolus ou infusion) et l’espèce utilisée. Ces études nous ont permis d’établir les doses et régimes de traitement n’ayant pas d’effets cardiovasculaires adverses et pouvant être utilisées dans le cadre des études d’efficacité subséquentes. Un modèle porcin d’infarctus du myocarde avec reperfusion a été utilisé afin d’évaluer les effets de l’OT dans le traitement de l’infarctus du myocarde. Dans le cadre d’un projet pilote, l’infusion continue d’OT initiée immédiatement au moment de la reperfusion coronarienne a induit des effets cardiovasculaires adverses chez tous les animaux traités incluant une réduction de la fraction de raccourcissement ventriculaire gauche et une aggravation de la cardiomyopathie dilatée suite à l’infarctus. Considérant ces observations, l’approche thérapeutique fût révisée afin d’éviter le traitement pendant la période d’inflammation aigüe considérée maximale autour du 3ième jour suite à l’ischémie. Lorsqu’initié 8 jours après l’ischémie myocardique, l’infusion d’OT a engendré des effets adverses chez les animaux ayant des niveaux endogènes d’OT élevés. Par ailleurs, aucun effet adverse (amélioration non-significative) ne fût observé chez les animaux ayant un faible niveau endogène d’OT. Chez les animaux du groupe placebo, une tendance à observer une meilleure récupération chez ceux ayant des niveaux endogènes initiaux élevés fût notée. Bien que la taille de la zone ischémique à risque soit comparable à celle rencontrée chez les patients atteints d’infarctus, l’utilisation d’animaux juvéniles et l’absence de maladies coronariennes sont des limitations importantes du modèle porcin utilisé. Le potentiel de l’OT pour le traitement de l’infarctus du myocarde demeure mais nos résultats suggèrent qu’une administration systémique à titre de thérapie de remplacement de l’OT devrait être considérée en fonction du niveau endogène. De plus amples évaluations de la sécurité du traitement avec l’OT dans des modèles animaux d’infarctus du myocarde seront nécessaires avant de considérer l’utilisation d’OT dans une population de patients atteint d’un infarctus du myocarde. En contre partie, les niveaux endogènes d’OT pourraient posséder une valeur pronostique et des études cliniques à cet égard pourraient être d’intérêt.

Suivez le guide : études comportementales et électrophysiologiques du rôle des contrôles attentionnels descendants dans le déploiement de l’attention visuospatiale

La capture contingente de l’attention est un phénomène dans lequel les mécanismes d’orientation endogène et exogène de l’attention interagissent, de sorte qu’une propriété qui est pertinente à la tâche en cours, et donc qui fait l’objet de contrôles attentionnels descendants, endogènes, capture l’attention de façon involontaire, exogène, vers sa position spatiale. Dans cette thèse, trois aspects de ce phénomène ont été étudiés. Premièrement, en explorant le décours temporel de la capture contingente de l’attention et la réponse électrophysiologique à des distracteurs capturant ainsi l’attention, il a été établi que le déficit comportemental symptomatique de cette forme de capture était lié à un déploiement de l’attention visuospatiale vers la position du distracteur, et que ce traitement spatialement sélectif pouvait être modulé par le partage d’autres propriétés entre le distracteur et la cible. Deuxièmement, l’utilisation des potentiels liés aux événements a permis de dissocier l’hypothèse de capture contingente de l’attention et l’hypothèse de capture pure de l’attention. Selon cette interprétation, un stimulus ne peut capturer l’attention aux stades préattentifs de traitement que s’il présente le plus fort signal ascendant parmi tous les stimuli présents. Les contrôles attentionnels descendants ne serviraient donc qu’à désengager l’attention d’un tel stimulus. Les résultats présentés ici vont à l’encontre d’une telle interprétation, puisqu’un déploiement de l’attention visuospatiale, indexé par la présence d’une N2pc, n’a été observé que lorsqu’un distracteur périphérique possédait une caractéristique pertinente à la tâche en cours, même lorsque ses propriétés de bas niveau n’étaient pas plus saillantes que celles des autres items présents. Finalement, en utilisant un paradigme où la cible était définie en fonction de son appartenance à une catégorie alphanumérique, il a été démontré que des contrôles attentionnels en faveur d’un attribut conceptuel pouvaient guider l’attention visuospatiale de façon involontaire, rejetant une nouvelle fois l’hypothèse de la capture pure de l’attention.