Analyse fonctionnelle de deux nouvelles mutations récessives de l’AQP2 impliquées dans le diabète insipide néphrogénique par expression dans les ovocytes de Xenopus laevis

Le diabète insipide néphrogénique (DIN) autosomal peut être causé par les mutations du gène codant pour le canal à eau aquaporine-2 (AQP2). Un modèle couramment utilisé pour l’étude des protéines membranaires telle l’AQP2 est l’expression hétérologue dans les ovocytes de Xenopus laevis. Malheureusement, les techniques déjà existantes de purification de membranes plasmiques sont soit trop longues, trop difficiles ou demandent trop de matériel, ne permettent pas l’analyse adéquate du ciblage des formes sauvage comme mutantes, un élément crucial de ce type d’étude. Nous avons donc dans un premier temps mis au point une technique rapide et efficace de purification de membranes plasmiques qui combine la digestion partielle de la membrane vitelline, sa polymérisation à la membrane plasmique suivi de centrifugations à basse vitesse pour récolter les membranes purifiées. Nous avons utilisé cette technique dans l’étude de deux nouveaux cas familiaux de patients hétérozygotes possédant les mutations V24A et R187C dans un cas et K228E et R187C dans le second cas. Pour chaque mutation, nous avons analysé autant les éléments de fonctionnalité que les paramètres d’expression des protéines mutantes. Les expériences de perméabilité membranaire démontrent que les ovocytes exprimant AQP2-V24A (Pf = 16.3 ± 3.5 x 10-4 cm/s, 10 ng) et AQP2- K228E (Pf = 19.9 ± 7.0 x 10-4 cm/s, 10 ng) ont des activités similaires à celle exprimant la forme native (Pf = 14.4 ± 5.5 x 10-4 cm/s, 1 ng), tandis que AQP2- R187C (Pf = 2.6 ± 0.6 x 10-4 cm/s, 10 ng) ne semble avoir aucune activité comme ce qui est observé chez les ovocytes non-injectés (Pf = 2.8 ± 1.0 x 10-4 cm/s). Les études de co-expression ont démontré un effet d’additivité lorsque AQP2-V24A et -K228E sont injectées avec la forme native et un effet s’apparentant à la dominance négative lorsque AQP2-R187C est injecté avec la forme native, avec AQP2-V24A ou avec –K228E. Les résultats obtenus par immunobuvardage représente bien ce qui a été démontré précédemment, on remarque la présence des mutations K228E, V24A et la forme sauvage à la membrane plasmique, contrairement à la mutation R187C. Cependant, lorsque les mutations sont exprimées dans des cellules mIMCD-3, il n’y a qu’une faible expression à la membrane de la forme –K228E et une absence totale des formes –V24A et –R187C à la membrane plasmique, contrairement à la forme native. Les résultats de nos études démontrent que tout dépendant du système d’expression les formes –K228E et –V24A peuvent être utiles dans l’étude des problèmes d’adressage à la membrane à l’aide de chaperonne chimique. De plus, la forme –R187C démontre des difficultés d’adressage qui devront être étudiées afin de mieux comprendre la synthèse des formes natives.

Effets du myo-inositol sur la perméabilité à l'eau d'ovocytes de Xenopus laevis exprimant les formes native et mutée D150E de l'aquaporine-2

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Caractérisation du co-transporteur Na+/myo-inositol SMIT2 dans les membranes en bordure en brosse de rein de lapin et d’intestin de rat

Le myo-inositol (MI) est un soluté organique impliqué dans diverses fonctions physiologiques de la cellule dont la signalisation cellulaire. Il est également un osmolyte compatible reconnu. Trois co-transporteurs de type actif secondaire responsables de son absorption ont été identifiés. Deux d’entre eux sont couplés au transport du sodium (SMIT1 et SMIT2) et le troisième est couplé au transport de protons (HMIT). L’objectif de cette étude a été la caractérisation du transport du MI par SMIT2 dans des membranes en bordure en brosse (BBMv) issues du rein de lapin et de l’intestin de rat ainsi qu’après expression dans les ovocytes de Xenopus laevis. La quantification de l’ARNm de SMIT1 et de SMIT2 dans le rein nous a appris que SMIT1 est majoritairement présent dans la médullaire alors que SMIT2 est principalement localisé dans le cortex. Ces résultats ont été confirmés par immunobuvardage en utilisant un anticorps dirigé contre SMIT2. Grâce à l’inhibition sélective de SMIT1 par le L-Fucose et de SMIT2 par le D-chiro-inositol (DCI), nous avons démontré que SMIT2 semble le seul responsable du transport luminal de MI dans le tubule contourné proximal avec un Km de 57 ± 14 µM. Pour ce qui est de l’intestin, des études de transport de MI radioactif ont démontré une absence de transport de MI chez le lapin alors que l’intestin de rat présente un transport de MI très actif. Une quantification par qRT-PCR nous a permis de constater que l’intestin de lapin ne semble pas posséder les transporteurs de MI nécessaires. Comme pour le rein, SMIT2 semble le seul transporteur de MI présent au niveau du pôle apical des entérocytes intestinaux chez le rat. Il est chargé du prélèvement du MI de l'alimentation avec un Km de 150 ± 40 µM. Les analyses fonctionnelles exécutées sur SMIT2 de rat en électrophysiologie après expression dans les ovocytes de Xenopus laevis donnent sensiblement les mêmes résultats que pour les BBMv de rein de lapin et d’intestin de rat. Dans les ovocytes, SMIT2 présente une grande affinité pour le MI (270 ± 19 µM) et le DCI (310 ± 60 µM) et aucune affinité pour le L-fucose. Il est ii également très sensible à la phlorizine (16 ± 7 µM). Une seule exception persiste : la constante d’affinité pour le glucose dans les BBMv d’intestin de rat est 40 fois plus petite que celle observée sur les ovocytes de Xenopus laevis. Nous avons également testé la capacité de certains transporteurs de sucre présents à la surface des membranes apicales des entérocytes à prélever le MI. Vu que l'inhibition de ces transporteurs (SGLT1 et GLUT5) ne changeait rien au taux de MI radioactif transporté, nous en avons conclu qu'ils ne sont pas impliqués dans son transport. Finalement, l’efflux de MI à partir du pôle basolatéral des entérocytes n’est pas effectué par GLUT2 puisque ce dernier lorsqu'il est exprimé dans des ovocytes, est incapable de transporter le MI.

Transport d’iode par le transporteur de sodium/acide monocarboxylique SMCT1

Le transporteur de Na+/ acide monocarboxylique sensible à l’ibuprofène (SMCT1) est exprimé dans la membrane apicale de plusieurs épithélia. Son rôle physiologique dans la glande thyroïde reste cependant obscur mais on présume qu’il pourrait agir comme un transporteur apical d’iode nécessaire pour la synthèse des hormones thyroïdiennes. Récemment, on a montré que SMCT1 possède un courant de fuite anionique sensible à [Na+]e qui permettrait de transporter l’iode de façon électrogénique. Cependant, un efflux d’iode sensible à l’ibuprofène, mais indépendant de la [Na+]e a été aussi observé sur des cultures primaires des thyrocytes porcins, suggérant un autre mécanisme de transport d’iode par SMCT1. Ce travail vise à comprendre les caractéristiques de ce genre de transport en utilisant comme modèle d’expression les ovocytes de Xenopus laevis. Les résultats obtenus des essais de captation d’iode radioactif montrent que SMCT1 présente un transport d’iode sensible à l’ibuprofène de l’ordre de 30nmol/ovocyte/h. Si ce transport est non saturable en iode (0-100 mM), il nécessite du Na+ dans la solution externe. En effet, le remplacement du Na+ extracellulaire par le NMDG inhibe complètement le transport. En outre, on s’est intéressé à exclure la possibilité de différents artefacts. En ayant trouvé que la grande majorité de l’iode radioactif se trouve dans la partie soluble de l’ovocyte, on exclut une liaison non spécifique de l’iode à la membrane cellulaire. Cependant, une bonne proportion de l’iode transporté pourrait être liée à des protéines à l’intérieur de l`ovocyte. En effet, on observe une réduction du transport d’iode dans les ovocytes exprimant SMCT1 de 81,6 ± 2 % en présence de 2 % BSA dans la solution extracellulaire. Également, on écarte la possibilité que le transport d’iode soit le résultat de la surexpression de protéines de transport endogènes dont les canaux chlore. Le transport d’iode semble spécifique à l’expression de SMCT1 et de manière intéressante à l’expression d’un autre transporteur de monocarboxylates, MCT1. L’analyse de l’ensemble des essais, y compris le fait que l’amplitude du transport observé est 20 fois plus grande que celle du courant de fuite nous mène à proposer que SMCT1 puisse transporter l’iode de façon électroneutre. Cependant, le mécanisme par lequel ceci est accompli n’est pas évident à identifier. L’utilisation d’un autre modèle cellulaire serait surement utile pour répondre à cette question.

Caractérisation biochimique et fonctionnelle du mutant T179N de l’aquaporine-2 humaine

L’aquaporine-2 (AQP2) est le canal responsable de la réabsorption finale d’eau au niveau du tubule collecteur du rein. À la base, contenue dans des vésicules internes, l’AQP2 est acheminée à la membrane apicale des cellules principales du tubule collecteur suite à une stimulation par l’hormone antidiurétique (ADH). L’incapacité à accomplir cette fonction entraîne le diabète insipide néphrogénique (DIN), une maladie caractérisée par l’inhabileté du rein à concentrer l’urine, entraînant une production de volumes urinaires élevés. Alors que les mutations récessives génèrent des protéines mal structurées et incapables de former des tétramères, les mutations dominantes sont capables de s’associer à leurs homologues sauvages, engendrant ainsi un DIN même chez les patients hétérozygotes. Ce mémoire présente l’analyse biochimique et fonctionnelle d’une nouvelle mutation naturelle de l’AQP2, la mutation T179N, aussi responsable du DIN. Cette dernière est particulièrement intéressante de par son génotype qui implique un caractère dominant, et sa position extracellulaire habituellement réservée aux mutations récessives. Les études comparatives de T179N à deux modèles de mutation récessive et dominante démontrent, tant en ovocytes de Xenopus laevis qu’en lignée cellulaire mpkCCDc14, le caractère récessif de cette nouvelle mutation. Les tests d’immunobuvardage de lysats d’ovocytes en membranes totales et membranes plasmiques purifiées ont révélé que seule la forme sauvage atteint la membrane plasmique alors que le mutant T179N est séquestré dans la cellule. En accord avec ce résultat, les analyses de perméabilité fonctionnelle démontrent aussi une absence d’activité pour T179N. En cellule mpkCCDc14, le mutant T179N exprimé seul n’atteint pas la membrane plasmique suite à l’action de la forskoline, contrairement à la forme sauvage. Cependant, ce mutant peut s’associer à son homologue sauvage en coexpression tant dans les ovocytes qu’en lignée mpkCCDc14 sans toutefois engendrer l’effet typique de dominance négative. En fait, dans ce contexte de coexpression, on remarque une augmentation de la Pf de 83±7 % et une récupération d’adressage à la membrane plasmique en cellule (immunofluorescence). En conclusion, T179N serait un mutant récessif fonctionnellement récupérable lorsqu’en présence de l’AQP2 sauvage.

Transport d'eau généré par le cotransport Na+/glucose : nouvelle interprétation basée sur les effets distincts des flux entrants de cations et de glucose

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Caractérisation moléculaire de la région responsable de l'affinité et de la perméabilité du canal calcique ECaC1 (TRPV5)

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Transport d'eau généré par le cotransport Na+/glucose : nouvelle interprétation basée sur les effets distincts des flux entrants de cations et de glucose

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Caractérisation moléculaire de la région responsable de l'affinité et de la perméabilité du canal calcique ECaC1 (TRPV5)

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Accumulation of heme oxygenase-1 (HSP32) in Xenopus laevis A6 kidney epithelial cells treated with sodium arsenite, cadmium chloride or proteasomal inhibitors

The present study examined the effect of sodium arsenite, cadmium chloride, heat shock and the proteasomal inhibitors MG132, withaferin A and celastrol on heme oxygenase-1 (HO-1; also known as HSP32) accumulation in Xenopus laevis A6 kidney epithelial cells. Immunoblot analysis revealed that HO-1 accumulation was not induced by heat shock but was enhanced by sodium arsenite and cadmium chloride in a dose- and time-dependent fashion. Immunocytochemistry revealed that these metals induced HO-1 accumulation in a granular pattern primarily in the cytoplasm. Additionally, in 20% of the cells arsenite induced the formation of large HO-1-containing perinuclear structures. In cells recovering from sodium arsenite or cadmium chloride treatment, HO-1 accumulation initially increased to a maximum at 12h followed by a 50% reduction at 48 h. This initial increase in HO-1 levels was likely the result of new synthesis as it was inhibited by cycloheximide. Interestingly, treatment of cells with a mild heat shock enhanced HO-1 accumulation induced by low concentrations of sodium arsenite and cadmium chloride. Finally, we determined that HO-1 accumulation was induced in A6 cells by the proteasomal inhibitors, MG132, withaferin A and celastrol. An examination of heavy metal and proteasomal inhibitor-induced HO-1 accumulation in amphibians is of importance given the presence of toxic heavy metals in aquatic habitats.

Molecular organization of the gene encoding Xenopus laevis transforming growth factor-beta 5

Transforming growth factor-beta s (TGF-beta 5) are multifunctional polypeptides, known to influence proliferation and differentiation of many cell types. TGF-beta 5 cDNA was cloned from Xenopus laevis and this isoform is unique to the amphibians. Here, we report the isolation and characterization of the TGF-beta 5 genomic clones to determine the structure of TGF-beta 5 gene. The gene consists of seven exons and all intron-exon boundaries follow the GT-AG consensus. The organization of TGF-beta 5 gene was identical to that of the mammalian TGF-beta isoforms, with the exception of position of the first splice junction. We determined the size of TGF-beta 5 gene to be approximately 20 kb.

Expression of eph-family receptor tyrosine kinases and ephrins in the tadpole of the frog Xenopus laevis, and possible roles in the development of retinotectal topography

Assembling a nervous system requires exquisite specificity in the construction of neuronal connectivity. One method by which such specificity is implemented is the presence of chemical cues within the tissues, differentiating one region from another, and the presence of receptors for those cues on the surface of neurons and their axons that are navigating within this cellular environment.

Connections from one part of the nervous system to another often take the form of a topographic mapping. One widely studied model system that involves such a mapping is the vertebrate retinotectal projection-the set of connections between the eye and the optic tectum of the midbrain, which is the primary visual center in non-mammals and is homologous to the superior colliculus in mammals. In this projection the two-dimensional surface of the retina is mapped smoothly onto the two-dimensional surface of the tectum, such that light from neighboring points in visual space excites neighboring cells in the brain. This mapping is implemented at least in part via differential chemical cues in different regions of the tectum.

The Eph family of receptor tyrosine kinases and their cell-surface ligands, the ephrins, have been implicated in a wide variety of processes, generally involving cellular movement in response to extracellular cues. In particular, they possess expression patterns-i.e., complementary gradients of receptor in retina and ligand in tectum- and in vitro and in vivo activities and phenotypes-i.e., repulsive guidance of axons and defective mapping in mutants, respectively-consistent with the long-sought retinotectal chemical mapping cues.

The tadpole of Xenopus laevis, the South African clawed frog, is advantageous for in vivo retinotectal studies because of its transparency and manipulability. However, neither the expression patterns nor the retinotectal roles of these proteins have been well characterized in this system. We report here comprehensive descriptions in swimming stage tadpoles of the messenger RNA expression patterns of eleven known Xenopus Eph and ephrin genes, including xephrin-A3, which is novel, and xEphB2, whose expression pattern has not previously been published in detail. We also report the results of in vivo protein injection perturbation studies on Xenopus retinotectal topography, which were negative, and of in vitro axonal guidance assays, which suggest a previously unrecognized attractive activity of ephrins at low concentrations on retinal ganglion cell axons. This raises the possibility that these axons find their correct targets in part by seeking out a preferred concentration of ligands appropriate to their individual receptor expression levels, rather than by being repelled to greater or lesser degrees by the ephrins but attracted by some as-yet-unknown cue(s).

Physical Blocking Neural Tube Closure Affects Radial Intercalation and Neural Crest Midline-directed Migration in Xenopus Dorsal Explants

神经管闭合缺陷(NTDs)是一种严重的先天畸形疾病,在新生儿中有千分之一的发病率.神经管融合前后,多种组织参与形态发生运动.神经管一经融合,神经嵴细胞就会向背侧中线方向产生单极突出并向此方向迁移形成神经管的顶部.与此同时,神经管从腹侧开始发生辐射状切入以实现单层化.在此,我们在非洲爪蟾的移植体中机械阻断神经管的闭合以检测其细胞运动及随后的图式形成.结果显示神经管闭合缺陷的移植体不能形成单层化的神经管,并且神经嵴细胞滞留在侧面区域不能向背侧中线迁移,而对神经前体标记基因的检测显示神经管的背腹图式形成并未受到影响.以上结果表明神经管的融合对于辐射状切入和神经嵴细胞向背侧中线方向的迁移过程是必需的,而对于神经管的沿背腹轴方向的图式形成是非必需的.

Temporal and Spatial Expression Patterns of Sox1 Gene in Xenopus laevis

克隆了非洲爪蟾的Sox1基因并研究了它在非洲爪蟾早期发育过程中的时空表达图式,比较了Sox1-3基因在发育的脑和眼中的表达图式.序列比对分析显示Sox1-3蛋白在其HMG框结构域具有高度的保守性.通过RT-PCR方法分析了Sox1基因在爪蟾早期不同发育时段的表达情况,结果显示Sox1基因从未受精卵到尾芽期均有表达,但表达强度有所差异.原位杂交结果显示,在早期卵裂阶段和囊胚期,Sox1基因主要在动物极表达;从神经板期开始,Sox1基因主要在中枢神经系统和眼原基中表达.在蝌蚪期,Sox1与Sox2、Sox3在脑部和眼睛的表达区域有所不同.对于爪蟾Sox1基因时空表达图式的研究将有助于阐明SoxB1基因家族在脊椎动物神经系统发生过程中的作用.

Cloning and developmental expression of the Xenopus Nkx6 genes

The evolutionarily conserved Nkx6 family transcription factors play important roles in the patterning of the central nervous system (CNS) and pancreas in vertebrates. In this study, we describe the cloning and expression patterns of the three Nkx6 family