Role of the cotransporter KCC2 in cortical excitatory synapse development and febrile seizure susceptibility

Le co-transporteur KCC2 spécifique au potassium et chlore a pour rôle principal de réduire la concentration intracellulaire de chlore, entraînant l’hyperpolarisation des courants GABAergic l’autorisant ainsi à devenir inhibiteur dans le cerveau mature. De plus, il est aussi impliqué dans le développement des synapses excitatrices, nommées aussi les épines dendritiques. Le but de notre projet est d’étudier l’effet des modifications concernant l'expression et la fonction de KCC2 dans le cortex du cerveau en développement dans un contexte de convulsions précoces. Les convulsions fébriles affectent environ 5% des enfants, et ce dès la première année de vie. Les enfants atteints de convulsions fébriles prolongées et atypiques sont plus susceptibles à développer l’épilepsie. De plus, la présence d’une malformation cérébrale prédispose au développement de convulsions fébriles atypiques, et d’épilepsie du lobe temporal. Ceci suggère que ces pathologies néonatales peuvent altérer le développement des circuits neuronaux irréversiblement. Cependant, les mécanismes qui sous-tendent ces effets ne sont pas encore compris. Nous avons pour but de comprendre l'impact des altérations de KCC2 sur la survenue des convulsions et dans la formation des épines dendritiques. Nous avons étudié KCC2 dans un modèle animal de convulsions précédemment validé, qui combine une lésion corticale à P1 (premier jour de vie postnatale), suivie d'une convulsion induite par hyperthermie à P10 (nommés rats LHS). À la suite de ces insultes, 86% des rats mâles LHS développent l’épilepsie à l’âge adulte, au même titre que des troubles d’apprentissage. À P20, ces animaux presentent une augmentation de l'expression de KCC2 associée à une hyperpolarisation du potentiel de réversion de GABA. De plus, nous avons observé des réductions dans la taille des épines dendritiques et l'amplitude des courants post-synaptiques excitateurs miniatures, ainsi qu’un déficit de mémoire spatial, et ce avant le développement des convulsions spontanées. Dans le but de rétablir les déficits observés chez les rats LHS, nous avons alors réalisé un knock-down de KCC2 par shARN spécifique par électroporation in utero. Nos résultats ont montré une diminution de la susceptibilité aux convulsions due à la lésion corticale, ainsi qu'une restauration de la taille des épines. Ainsi, l’augmentation de KCC2 à la suite d'une convulsion précoce, augmente la susceptibilité aux convulsions modifiant la morphologie des épines dendritiques, probable facteur contribuant à l’atrophie de l’hippocampe et l’occurrence des déficits cognitifs. Le deuxième objectif a été d'inspecter l’effet de la surexpression précoce de KCC2 dans le développement des épines dendritiques de l’hippocampe. Nous avons ainsi surexprimé KCC2 aussi bien in vitro dans des cultures organotypiques d’hippocampe, qu' in vivo par électroporation in utero. À l'inverse des résultats publiés dans le cortex, nous avons observé une diminution de la densité d’épines dendritiques et une augmentation de la taille des épines. Afin de confirmer la spécificité du rôle de KCC2 face à la région néocorticale étudiée, nous avons surexprimé KCC2 dans le cortex par électroporation in utero. Cette manipulation a eu pour conséquences d’augmenter la densité et la longueur des épines synaptiques de l’arbre dendritique des cellules glutamatergiques. En conséquent, ces résultats ont démontré pour la première fois, que les modifications de l’expression de KCC2 sont spécifiques à la région affectée. Ceci souligne les obstacles auxquels nous faisons face dans le développement de thérapie adéquat pour l’épilepsie ayant pour but de moduler l’expression de KCC2 de façon spécifique.

Role of the cotransporter KCC2 in cortical excitatory synapse development and febrile seizure susceptibility

Le co-transporteur KCC2 spécifique au potassium et chlore a pour rôle principal de réduire la concentration intracellulaire de chlore, entraînant l’hyperpolarisation des courants GABAergic l’autorisant ainsi à devenir inhibiteur dans le cerveau mature. De plus, il est aussi impliqué dans le développement des synapses excitatrices, nommées aussi les épines dendritiques. Le but de notre projet est d’étudier l’effet des modifications concernant l'expression et la fonction de KCC2 dans le cortex du cerveau en développement dans un contexte de convulsions précoces. Les convulsions fébriles affectent environ 5% des enfants, et ce dès la première année de vie. Les enfants atteints de convulsions fébriles prolongées et atypiques sont plus susceptibles à développer l’épilepsie. De plus, la présence d’une malformation cérébrale prédispose au développement de convulsions fébriles atypiques, et d’épilepsie du lobe temporal. Ceci suggère que ces pathologies néonatales peuvent altérer le développement des circuits neuronaux irréversiblement. Cependant, les mécanismes qui sous-tendent ces effets ne sont pas encore compris. Nous avons pour but de comprendre l'impact des altérations de KCC2 sur la survenue des convulsions et dans la formation des épines dendritiques. Nous avons étudié KCC2 dans un modèle animal de convulsions précédemment validé, qui combine une lésion corticale à P1 (premier jour de vie postnatale), suivie d'une convulsion induite par hyperthermie à P10 (nommés rats LHS). À la suite de ces insultes, 86% des rats mâles LHS développent l’épilepsie à l’âge adulte, au même titre que des troubles d’apprentissage. À P20, ces animaux presentent une augmentation de l'expression de KCC2 associée à une hyperpolarisation du potentiel de réversion de GABA. De plus, nous avons observé des réductions dans la taille des épines dendritiques et l'amplitude des courants post-synaptiques excitateurs miniatures, ainsi qu’un déficit de mémoire spatial, et ce avant le développement des convulsions spontanées. Dans le but de rétablir les déficits observés chez les rats LHS, nous avons alors réalisé un knock-down de KCC2 par shARN spécifique par électroporation in utero. Nos résultats ont montré une diminution de la susceptibilité aux convulsions due à la lésion corticale, ainsi qu'une restauration de la taille des épines. Ainsi, l’augmentation de KCC2 à la suite d'une convulsion précoce, augmente la susceptibilité aux convulsions modifiant la morphologie des épines dendritiques, probable facteur contribuant à l’atrophie de l’hippocampe et l’occurrence des déficits cognitifs. Le deuxième objectif a été d'inspecter l’effet de la surexpression précoce de KCC2 dans le développement des épines dendritiques de l’hippocampe. Nous avons ainsi surexprimé KCC2 aussi bien in vitro dans des cultures organotypiques d’hippocampe, qu' in vivo par électroporation in utero. À l'inverse des résultats publiés dans le cortex, nous avons observé une diminution de la densité d’épines dendritiques et une augmentation de la taille des épines. Afin de confirmer la spécificité du rôle de KCC2 face à la région néocorticale étudiée, nous avons surexprimé KCC2 dans le cortex par électroporation in utero. Cette manipulation a eu pour conséquences d’augmenter la densité et la longueur des épines synaptiques de l’arbre dendritique des cellules glutamatergiques. En conséquent, ces résultats ont démontré pour la première fois, que les modifications de l’expression de KCC2 sont spécifiques à la région affectée. Ceci souligne les obstacles auxquels nous faisons face dans le développement de thérapie adéquat pour l’épilepsie ayant pour but de moduler l’expression de KCC2 de façon spécifique.

An Ion Transport-Independent Role for the Cation-Chloride Cotransporter KCC2 in Dendritic Spinogenesis In Vivo.

The neuron-specific K-Cl cotransporter, KCC2, is highly expressed in the vicinity of excitatory synapses in pyramidal neurons, and recent in vitro data suggest that this protein plays a role in the development of dendritic spines. The in vivo relevance of these observations is, however, unknown. Using in utero electroporation combined with post hoc iontophoretic injection of Lucifer Yellow, we show that premature expression of KCC2 induces a highly significant and permanent increase in dendritic spine density of layer 2/3 pyramidal neurons in the somatosensory cortex. Whole-cell recordings revealed that this increased spine density is correlated with an enhanced spontaneous excitatory activity in KCC2-transfected neurons. Precocious expression of the N-terminal deleted form of KCC2, which lacks the chloride transporter function, also increased spine density. In contrast, no effect on spine density was observed following in utero electroporation of a point mutant of KCC2 (KCC2-C568A) where both the cotransporter function and the interaction with the cytoskeleton are disrupted. Transfection of the C-terminal domain of KCC2, a region involved in the interaction with the dendritic cytoskeleton, also increased spine density. Collectively, these results demonstrate a role for KCC2 in excitatory synaptogenesis in vivo through a mechanism that is independent of its ion transport function.

Transcriptional regulation of the sodium-sulfate cotransporter NaSi-1 gene

Inorganic sulfate is one of the most abundant anions in mammalian plasma and is essential for proper cell growth and development, as well as detoxification and activation of many biological compounds. To date, little is understood how physiological levels of sulfate are maintained in the body. Our studies, and of others, have identified the NAS(i)-1 protein to be a functional sulfate transporter in the kidney and intestine, and due to this localization, constitutes a strong candidate gene for maintaining body sulfate homeostasis. Several factors, including hormones and metabolic conditions, have been shown to alter NAS(i)-1 mRNA and protein levels in vivo. In this study, we describe the transcriptional regulation of NaSi-1, with a focus on the mouse NaSi-1 gene (Nas1) that was recently cloned in our laboratory. Vitamin D (1,25-(OH)(2)D-3) and thyroid hormone (T-3) led to an increase in Nas1 promoter activity in OK cells. Mutational analysis of the Nas1 promoter resulted in identification of a direct repeat 6-type vitamin-D-responsive element (DR6 VDRE) at -525 to -508 and an imperfect inverted repeat 0-type T-3 responsive element (IRO T3RE) at -426 to -425 which conferred 1,25-(OH)(2)D-3 and T-3 responsiveness respectively. These findings suggest for vitamin D and thyroid hormone regulation of NaSi-1, may provide important clues to the physiological control of sulfate homeostasis.

WNK3 abrogates the NEDD4-2-mediated inhibition of the renal Na+-Cl- cotransporter.

The serine/threonine kinase WNK3 and the ubiquitin-protein ligase NEDD4-2 are key regulators of the thiazide-sensitive Na+-Cl- cotransporter (NCC), WNK3 as an activator and NEDD2-4 as an inhibitor. Nedd4-2 was identified as an interacting partner of WNK3 through a glutathione-S-transferase pull-down assay using the N-terminal domain of WNK3, combined with LC-MS/MS analysis. This was validated by coimmunoprecipitation of WNK3 and NEDD4-2 expressed in HEK293 cells. Our data also revealed that the interaction between Nedd4-2 and WNK3 does not involve the PY-like motif found in WNK3. The level of WNK3 ubiquitylation did not change when NEDD4-2 was expressed in HEK293 cells. Moreover, in contrast to SGK1, WNK3 did not phosphorylate NEDD4-2 on S222 or S328. Coimmunoprecipitation assays showed that WNK3 does not regulate the interaction between NCC and NEDD4-2. Interestingly, in Xenopus laevis oocytes, WNK3 was able to recover the SGK1-resistant NEDD4-2 S222A/S328A-mediated inhibition of NCC and further activate NCC. Furthermore, elimination of the SPAK binding site in the kinase domain of WNK3 (WNK3-F242A, which lacks the capacity to bind the serine/threonine kinase SPAK) prevented the WNK3 NCC-activating effect, but not the Nedd4-2-inhibitory effect. Together, these results suggest that a novel role for WNK3 on NCC expression at the plasma membrane, an effect apparently independent of the SPAK kinase and the aldosterone-SGK1 pathway.

Regulation of the NaCI cotransporter by the SGK1-Nedd4-2 pathway

SummaryRegulation of renal Na+ transport is essential for controlling blood pressure, as well as Na+ and K+ homeostasis. Aldosterone stimulates Na+ reabsorption in the aldosterone-sensitive distal nephron (ASDN), via the Na+-CI" cotransporter (NCC) in the distal convoluted tubule (DCT), and the epithelial Na+ channel (ENaC) in the late DCT, connecting tubule and collecting duct. Importantly, aldosterone increases NCC protein expression by an unknown post-translational mechanism. The ubiquitin-protein ligase Nedd4-2 is expressed along the ASDN and regulates ENaC: under aldosterone induction, the serum/glucocorticoid-regulated kinase SGK1 phosphorylates Nedd4-2 on S328, thus preventing the Nedd4-2/ENaC interaction, ubiquitylation and degradation of the channel. Here, we present evidence that Nedd4-2 regulates NCC. In transfected HEK293 cells, Nedd4-2 co-immunoprecipitates with NCC and stimulates NCC ubiquitylation at the cell surface. In Xenopus laevis oocytes, co- expression of NCC with wild-type Nedd4-2, but not its catalytically inactive mutant, strongly decreases NCC activity and surface expression. This inhibition is prevented by SGK1 in a kinase-dependent manner. Moreover, we show that NCC expression is up-regulated in inducible renal tubule-specific Nedd4-2 knockout mice and in mDCT15 cells silenced for Nedd4-2. On the other hand, in inducible renal tubule-specific SGK1 knockout mice, NCC expression is down-regulated.Interestingly, in contrast to ENaC, Nedd4-2-mediated NCC inhibition is independent of a PY motif in NCC. Moreover, whereas single mutations of Nedd4-2 S328 or S222 to alanine do not interfere with SGK1 action, the double mutation enhances Nedd4-2 activity and abolishes SGK1-dependent inhibition. These results indicate that NCC expression and activity is controlled by a regulatory pathway involving SGK1 and Nedd4-2, and provides an explanation for the well-known aldosterone-induced increase in NCC protein expression.RésuméLa régulation du transport de sodium est cruciale dans le maintien de la pression artérielle. L'aldostérone stimule la réabsorption de Na+ dans la partie du néphron sensible à l'aldostérone (ASDN), via le co-transporteur Na+-CI" (NCC) au niveau du tubule contourné distale et via le canal à sodium (Epithelial Na+ Channel ; ENaC) dans la deuxième partie du tubule contourné distale, dans le tube connecteur et le tube collecteur. L'aldostérone augmente l'expression de NCC au niveau protéique par un mécanisme non élucidé. La protéine ubiquitine ligase Nedd4-2 est exprimée tout le long du néphron sensible à l'aldostérone. ENaC est connu pour être régulé par Nedd4-2. Suite à une stimulation par l'aldostérone, la kinase Ser/Thr SGK1 phosphoryle Nedd4-2, ce qui empêche l'interaction entre Nedd4-2 et ENaC. Dans des cellules HEK293 transfectées, nous avons montré que Nedd4-2 interagit avec le co-transporteur NCC et stimule l'ubiquitylation de NCC à la surface. Nous avons montré dans les oocytes de Xenopus laevis que l'expression de NCC avec Nedd4-2 diminue l'activité du co-transporteur. Cette diminution n'est pas observée lorsqu'on exprime NCC avec le mutant inactif de Nedd4-2. Cette inhibition de NCC est contrée par SGK1. L'effet de SGK1 sur NCC dépend de son activité kinase. Nous avons montré dans des souris knock-out pour Nedd4-2, dans le néphron et de manière inductible, que l'expression de NCC est augmentée. Nous avons également montré que la suppression de la protéine Nedd4-2 dans les cellules mDCT15 provoque l'augmentation de NCC. Au contraire dans les souris knock-out pour la kinase SGK1, dans le néphron et de manière inductible, nous observons une diminution de la protéine NCC. Contrairement à ce qui a été montré pour le canal ENaC l'inhibition de NCC par Nedd4-2 est indépendante des motifs PY. De plus, La mutation des sérines 328 ou 222 sur Nedd4-2 en alanine n'interfère pas avec l'action de SGK1 pour prévenir l'inhibition. Par contre, la double mutation, les sérines 222 et 328 mutées en alanine, augmente l'action de Nedd4-2 sur l'activité de NCC et prévient l'effet de SGK1. Ces résultats montrent que l'expression et l'activité de NCC sont contrôlées par une voie de régulation impliquant Nedd4-2-SGK1 et nous fournissent une explication pour l'augmentation de NCC observé après une induction avec l'aldostérone.Résumé large publicOn estime que des millions de personnes seraient hypertendues. L'hypertension artérielle est responsable d'environ 8 millions de décès par ans dans le monde. L'hypertension est responsable de la moitié environs des accidents cardiaques, mais aussi des accidents vasculaires cérébraux. Il est très important de comprendre les mécanismes qui se trouvent derrière cette pathologie.Le co-transporteur NCC joue un grand rôle dans le maintien de la balance sodique. Il a été montré que des perturbations dans l'expression de NCC pouvaient engendrer de l'hypertension.Le co-transporteur NCC est exprimé dans la partie distale du néphron, l'unité fonctionnelle du rein. Plusieurs études ont montrées que NCC était sous le contrôle de l'hormone aldostérone.Le travail de cette thèse consiste à étudier les mécanismes impliqués dans la régulation de NCC. On a ainsi pu montrer que NCC interagit avec la protéine ubiquitine ligase Nedd4-2. La protéine Nedd4-2 diminue l'expression de NCC à la surface cellulaire et aussi son activité Nous avons également montré que la kinase SGK1 pouvait prévenir l'interaction entre Nedd4-2 et NCC par phosphorylation de Nedd4-2. Nous avons montré dans des souris deletée pour Nedd4-2, dans le néphron, que l'expression de NCC est augmentée. Nous avons également montré que la suppression de la protéine Nedd4-2 dans les cellules mDCT15 provoque l'augmentation de NCC. Au contraire, dans les souris deletée pour la kinase SGK1, dans le néphron, nous observons une diminution de la protéine NCC. La connaissance des processus impliqués dans la régulation du co-transporteur NCC pourrait amener au développement de nouveau médicaments pour soigner l'hypertension.

Determination of Transmembrane Water Fluxes in Neurons Elicited by Glutamate Ionotropic Receptors and by the Cotransporters KCC2 and NKCC1: A Digital Holographic Microscopy Study.

Digital holographic microscopy (DHM) is a noninvasive optical imaging technique that provides quantitative phase images of living cells. In a recent study, we showed that the quantitative monitoring of the phase signal by DHM was a simple label-free method to study the effects of glutamate on neuronal optical responses (Pavillon et al., 2010). Here, we refine these observations and show that glutamate produces the following three distinct optical responses in mouse primary cortical neurons in culture, predominantly mediated by NMDA receptors: biphasic, reversible decrease (RD) and irreversible decrease (ID) responses. The shape and amplitude of the optical signal were not associated with a particular cellular phenotype but reflected the physiopathological status of neurons linked to the degree of NMDA activity. Thus, the biphasic, RD, and ID responses indicated, respectively, a low-level, a high-level, and an "excitotoxic" level of NMDA activation. Moreover, furosemide and bumetanide, two inhibitors of sodium-coupled and/or potassium-coupled chloride movement strongly modified the phase shift, suggesting an involvement of two neuronal cotransporters, NKCC1 (Na-K-Cl) and KCC2 (K-Cl) in the genesis of the optical signal. This observation is of particular interest since it shows that DHM is the first imaging technique able to monitor dynamically and in situ the activity of these cotransporters during physiological and/or pathological neuronal conditions.

Nedd4-2 modulates renal Na+-Cl- cotransporter via the aldosterone-SGK1-Nedd4-2 pathway.

Regulation of renal Na(+) transport is essential for controlling blood pressure, as well as Na(+) and K(+) homeostasis. Aldosterone stimulates Na(+) reabsorption by the Na(+)-Cl(-) cotransporter (NCC) in the distal convoluted tubule (DCT) and by the epithelial Na(+) channel (ENaC) in the late DCT, connecting tubule, and collecting duct. Aldosterone increases ENaC expression by inhibiting the channel's ubiquitylation and degradation; aldosterone promotes serum-glucocorticoid-regulated kinase SGK1-mediated phosphorylation of the ubiquitin-protein ligase Nedd4-2 on serine 328, which prevents the Nedd4-2/ENaC interaction. It is important to note that aldosterone increases NCC protein expression by an unknown post-translational mechanism. Here, we present evidence that Nedd4-2 coimmunoprecipitated with NCC and stimulated NCC ubiquitylation at the surface of transfected HEK293 cells. In Xenopus laevis oocytes, coexpression of NCC with wild-type Nedd4-2, but not its catalytically inactive mutant, strongly decreased NCC activity and surface expression. SGK1 prevented this inhibition in a kinase-dependent manner. Furthermore, deficiency of Nedd4-2 in the renal tubules of mice and in cultured mDCT(15) cells upregulated NCC. In contrast to ENaC, Nedd4-2-mediated inhibition of NCC did not require the PY-like motif of NCC. Moreover, the mutation of Nedd4-2 at either serine 328 or 222 did not affect SGK1 action, and mutation at both sites enhanced Nedd4-2 activity and abolished SGK1-dependent inhibition. Taken together, these results suggest that aldosterone modulates NCC protein expression via a pathway involving SGK1 and Nedd4-2 and provides an explanation for the well-known aldosterone-induced increase in NCC protein expression.

Nedd4-2 modulates renal Na+-Cl- cotransporter via the aldosterone-SGK1-Nedd4-2 pathway.

Regulation of renal Na(+) transport is essential for controlling blood pressure, as well as Na(+) and K(+) homeostasis. Aldosterone stimulates Na(+) reabsorption by the Na(+)-Cl(-) cotransporter (NCC) in the distal convoluted tubule (DCT) and by the epithelial Na(+) channel (ENaC) in the late DCT, connecting tubule, and collecting duct. Aldosterone increases ENaC expression by inhibiting the channel's ubiquitylation and degradation; aldosterone promotes serum-glucocorticoid-regulated kinase SGK1-mediated phosphorylation of the ubiquitin-protein ligase Nedd4-2 on serine 328, which prevents the Nedd4-2/ENaC interaction. It is important to note that aldosterone increases NCC protein expression by an unknown post-translational mechanism. Here, we present evidence that Nedd4-2 coimmunoprecipitated with NCC and stimulated NCC ubiquitylation at the surface of transfected HEK293 cells. In Xenopus laevis oocytes, coexpression of NCC with wild-type Nedd4-2, but not its catalytically inactive mutant, strongly decreased NCC activity and surface expression. SGK1 prevented this inhibition in a kinase-dependent manner. Furthermore, deficiency of Nedd4-2 in the renal tubules of mice and in cultured mDCT(15) cells upregulated NCC. In contrast to ENaC, Nedd4-2-mediated inhibition of NCC did not require the PY-like motif of NCC. Moreover, the mutation of Nedd4-2 at either serine 328 or 222 did not affect SGK1 action, and mutation at both sites enhanced Nedd4-2 activity and abolished SGK1-dependent inhibition. Taken together, these results suggest that aldosterone modulates NCC protein expression via a pathway involving SGK1 and Nedd4-2 and provides an explanation for the well-known aldosterone-induced increase in NCC protein expression.

Expression des cotransporteurs cation-chlorure KCC2 et NKCC1 au cours du développement de la moelle épinière de l’opossum Monodelphis domestica

L’inhibition est nécessaire à la génération d’outputs coordonnés entre muscles antagonistes lors de la locomotion. Une baisse de la concentration neuronale en ions chlorure au cours du développement des mammifères conduit à l’émergence de l’inhibition. Cette baisse repose sur l’équilibre entre deux cotransporteurs cation-chlorure, KCC2 et NKCC1. KCC2 expulse Cl- de la cellule alors que NKCC1 pompe Cl- dans la cellule. L’opossum Monodelphis domestica naît dans un état très immature. Le seul comportement locomoteur qu’il présente à la naissance consiste en des mouvements rythmiques et alternés des membres antérieurs pour grimper le long du ventre de la mère vers une tétine. Les membres postérieurs sont des bourgeons immobiles dont le développement est en grande partie postnatal. Pour cette raison, cette espèce constitue un modèle idéal pour l’étude du développement locomoteur. Afin d’étudier les mécanismes conduisant à l’émergence de l’inhibition durant le développement moteur, nous avons décrit l’expression développementale de KCC2 et NKCC1 chez l’opossum postnatal par immunohistochimie au niveau des renflements spinaux. Les motoneurones et afférences primaires ont été identifiés en utilisant un marquage rétrograde au TRDA. Le marquage pour KCC2 et NKCC1 est détecté dans la moelle épinière ventrale dans la matière grise et blanche présomptive dès la naissance, ce qui suggère que l’inhibition serait déjà mise en place avant la naissance, permettant subséquemment l’alternance des membres antérieurs observée chez les nouveau-nés. L’expression développementale de KCC2 et NKCC1 suit des gradients ventrodorsal et médiolatéral, tels qu’observés chez les rongeurs (rats et souris). Le patron mature d’expression de ces cotransporteurs est observé aux alentours de la 5ème semaine postnatale lorsque la locomotion de l’opossum est mature. Enfin, entre la naissance et P5, les dendrites exprimant KCC2 au niveau de la corne dorsale sont retrouvées en apposition aux afférences primaires ce qui suggère un rôle de KCC2 dans la formation des circuits sensori-moteurs.

Na plus -Glucose Cotransporter SGLT1 Protein in Salivary Glands: Potential Involvement in the Diabetes-Induced Decrease in Salivary Flow

Oral health complications in diabetes include decreased salivary secretion. The SLC5A1 gene encodes the Na(+)-glucose cotransporter SGLT1 protein, which not only transports glucose, but also acts as a water channel. Since SLC5A1 expression is altered in kidneys of diabetic subjects, we hypothesize that it could also be altered in salivary glands, contributing to diabetic dysfunction. The present study shows a diabetes-induced decrease (p < 0.001) in salivary secretion, which was accompanied by enhanced (p < 0.05) SGLT1 mRNA expression in parotid (50%) and submandibular (30%) glands. Immunohistochemical analysis of parotid gland of diabetic rats revealed that SGLT1 protein expression increased in the luminal membrane of ductal cells, which can stimulate water reabsorption from primary saliva. Furthermore, SGLT1 protein was reduced in myoepithelial cells of the parotid from diabetic animals, and that, by reducing cellular contractile activity, might also be related to reduced salivary flux. Six-day insulin-treated diabetic rats reversed all alterations. In conclusion, diabetes increases SLC5A1 gene expression in salivary glands, increasing the SGLT1 protein content in the luminal membrane of ductal cells, which, by increasing water reabsorption, might explain the diabetes-induced decrease in salivary secretion.

Synthesis, maturation, and trafficking of human Na+-dicarboxylate cotransporter NaDC1 requires the chaperone activity of cyclophilin B

Renal excretion of citrate, an inhibitor of calcium stone formation, is controlled mainly by reabsorption via the apical Na(+)-dicarboxylate cotransporter NaDC1 (SLC13A2) in the proximal tubule. Recently, it has been shown that the protein phosphatase calcineurin inhibitors cyclosporin A (CsA) and FK-506 induce hypocitraturia, a risk factor for nephrolithiasis in kidney transplant patients, but apparently through urine acidification. This suggests that these agents up-regulate NaDC1 activity. Using the Xenopus lævis oocyte and HEK293 cell expression systems, we examined first the effect of both anti-calcineurins on NaDC1 activity and expression. While FK-506 had no effect, CsA reduced NaDC1-mediated citrate transport by lowering heterologous carrier expression (as well as endogenous carrier expression in HEK293 cells), indicating that calcineurin is not involved. Given that CsA also binds specifically to cyclophilins, we determined next whether such proteins could account for the observed changes by examining the effect of selected cyclophilin wild types and mutants on NaDC1 activity and cyclophilin-specific siRNA. Interestingly, our data show that the cyclophilin isoform B is likely responsible for down-regulation of carrier expression by CsA and that it does so via its chaperone activity on NaDC1 (by direct interaction) rather than its rotamase activity. We have thus identified for the first time a regulatory partner for NaDC1, and have gained novel mechanistic insight into the effect of CsA on renal citrate transport and kidney stone disease, as well as into the regulation of membrane transporters in general.

Phosphoregulation of K(+)-Cl(-) cotransporter 4 during changes in intracellular Cl(-) and cell volume

It has long been stated that the K(+)-Cl(-) cotransporters (KCCs) are activated during cell swelling through dephosphorylation of their cytoplasmic domains by a protein phosphatase (PP) but that other enzymes are involved by targeting this PP or the KCCs directly. To date, however, the role of signaling intermediates in KCC regulation has been deduced from indirect evidence rather than in vitro phosphorylation studies, and examined after simulation of ion transport through cell swelling or N-ethylmaleimide treatment. In this study, the oocyte expression system was used to examine the effects of changes in cell volume (C(VOL)) and intracellular [Cl(-)] ([Cl(-)](i)) on the activity and phosphorylation levels (P(LEV)) of KCC4, and determine whether these effects are mediated by PP1 or phorbol myristate acetate (PMA)-sensitive effectors. We found that (1) low [Cl(-)](i) or low C(VOL) leads to decreased activity but increased P(LEV), (2) high C(VOL) leads to increased activity but no decrease in P(LEV) and (3) calyculin A (Cal A) or PMA treatment leads to decreased activity but no increase in P(LEV). Thus, we have shown for the first time that one of the KCCs can be regulated through direct phosphorylation, that changes in [Cl(-)](i) or C(VOL) modify the activity of signaling enzymes at carrier sites, and that the effectors directly involved do not include a Cal A-sensitive PP in contrast to the widely held view. J. Cell. Physiol. 219: 787-796, 2009. (c) 2009 Wiley-Liss, Inc.

Regulation of sodium/glucose cotransporter expression in LLC-PK$\sb1$ cells

Expression of the Na$\sp+$/glucose cotransporter (SGLT1), a differentiated function of the pig kidney epithelial cell line LLC-PK$\sb1$ derived from proximal tubule, was further investigated. The differentiation inducer hexamethylene bisacetamide (HMBA) and IBMX, an inhibitor of cAMP phosphodiesterase, each stimulated a significant increase in Na$\sp+$/glucose cotransport activity, levels of the 75 kD cotransporter subunit and steady-state levels of the SGLT1 message. The action of HMBA is associated with involvement of polyamines and protein kinase C, and is synergistic with cAMP. We provide evidence that cAMP-elevating agents increase Na$\sp+$/glucose cotransporter expression, at least in part, via a post-transcriptional mechanism. Two molecular species of SGLT1 mRNA (3.9 kb and 2.2 kb) are transcribed from the same gene in LLC-PK$\sb1$ cells and differ only in the length of the 3$\sp\prime$ untranslated region (3$\sp\prime$ UTR). cAMP elevation differentially stabilized the 3.9 kb SGLT1 transcript from degradation but not the 22 kb species. UV-cross-linking and label transfer experiments indicated that cyclic AMP elevation was associated with formation of a 48 kD protein complex with a specific domain within the 3$\sp\prime$ UTR of SGLT1 mRNA. The binding was competitively inhibited by poly (U) and other U-rich RNA species such as c-fos ARE, and modulated by a protein kinase A-mediated phosphorylation/dephosphorylation mechanism. The binding site was mapped to a 120-nucleotide 3$\sp\prime$ UTR sequence which contains a uridine-rich region (URE). Our study provides the first demonstration that renal SGLT1 is post-transcriptionally regulated by a phosphorylation/dephosphorylation mechanism, and provides a deeper insight into gene regulation of this physiologically important cotransporter. ^

A sea urchin Na+K+2Cl- cotransporter is involved in the maintenance of calcification-relevant cytoplasmic cords in Strongylocentrotus droebachiensis larvae

The cellular mechanisms of calcification in sea urchin larvae are still not well understood. Primary mesenchyme cells within the larval body cavity form a syncytium to secrete CaCO3 spicules from intracellular amorphous CaCO3 (ACC) stores. We studied the role of Na+K+2Cl- cotransporter (NKCC) in intracellular ACC accumulation and larval spicule formation of Strongylocentrotus droebachiensis. First, we incubated growing larvae with three different loop diuretics (azosemide, bumetanide, and furosemide) and established concentration-response curves. All loop diuretics were able to inhibit calcification already at concentrations that specifically inhibit NKCC. Calcification was most effectively inhibited by azosemide (IC50 = 6.5 µM), while larval mortality and swimming ability were not negatively impacted by the treatment. The inhibition by bumetanide (IC50 = 26.4 µM) and furosemide (IC50 = 315.4 µM) resembled the pharmacological fingerprint of the mammalian NKCC1 isoform. We further examined the effect of azosemide on the maintenance of cytoplasmic cords and on the occurrence of calcification vesicles using fluorescent dyes (calcein, FM1-43). Fifty micromolars of azosemide inhibited the maintenance of cytoplasmic cords and resulted in increased calcein fluorescence within calcification vesicles. The expression of NKCC in S. droebachiensis was verified by PCR and Western blot with a specific NKCC antibody. In summary, the pharmacological profile of loop diuretics and their specific effects on calcification in sea urchin larvae suggest that they act by inhibition of NKCC via repression of cytoplasmic cord formation and maintenance.