Recherche fondamentale en urologie et néphrologie

PD Dr Eric Féraille Genève

Le sodium intra-cellulaire contrôle l'expression de surface de la Na,K-ATPase daRésumé
Malgré les variations importantes quotidiennes en solutés et en consommation d'eau, les reins sont capables de maintenir la composition des compartiments liquidiens du corps dans des limites étroites. Le processus de filtration est réalisé par les glomérules et génère quotidiennement près de 120 litres d'ultrafiltrat contenant 140 mM de sodium. La majeure partie de cette énorme quantité d'eau et de sodium filtrés est réabsorbée le long des tubules rénaux. Le tubule rénal est une structure hétérogène qui peut être divisée en segments successifs sur la base de critères morphologiques et fonctionnels. Le premier segment est constitué par le tubule proximal qui réabsorbe environ 70% du sodium et de l'eau filtrés. Ensuite, l'anse de Henlé réabsorbe pratiquement 15 et 20%, respectivement, du sodium et de l'eau filtrés. Le tube contourné distal est imperméable à l'eau et réabsorbe près de 5% du sodium filtré. Enfin, le système collecteur (tubule et canal collecteurs) réabsorbent quelque pour-cent de l'eau et du sodium filtrés d'une façon hautement régulée en fonction des besoins de l'organisme. Dans des conditions extrêmes, le tubule rénal est capable de réabsorber respectivement, près de 99 et 98 % de l'eau et du sodium filtrés.

Les tubules rénaux sont recouverts de cellules épithéliales polarisées qui expriment des protéines spécifiques dans leur domaine membranaire apical face à la lumière tubulaire et dans leur domaine membranaire basolatéral des cellules adjacentes et du tissu interstitiel. La Na,K-ATPase localisée dans le domaine de la membrane basolatérale des cellules épithéliales du tubule rénal joue un rôle clé dans le processus de réabsorption du sodium. Cette enzyme couple l'hydrolyse de l'ATP au transport cationique, définissant un processus de transport ionique actif. Pour chaque molécule d'ATP, la Na,K-ATPase fait sortir 3 ions sodium du milieu intracellulaire et assure la médiation de l'entrée de 2 ions potassium du milieu extra-celullaire vers le milieu intra-cellulaire. Ce processus maintient dans la cellule des concentrations basses de sodium et élevées de potassium. Le long du tubule rénal, le processus de réabsorption du sodium se fait comme suit : les ions sodium entrent dans les cellules par des transporteurs sodiques apicaux spécifiques dirigés par l'important gradient électrochimique qui favorise l'entrée du sodium (faible concentration en sodium intracellulaire par rapport à une concentration importante en sodium extracellulaire), déterminant un transport ionique passif, et le sodium est alors secrété dans l'espace interstitiel par la Na,K-ATPase basolatérale.

Dans le canal collecteur, le sodium est réabsorbé par les cellules principales grâce à des canaux sodiques situés dans la membrane luminale et il est alors expulsé dans l'interstitium par la Na,K-ATPase située dans la membrane basolatérale. Dans cette portion du tubule rénal, la réabsorption du sodium est étroitement contrôlée par des hormones et des facteurs locaux. L'aldostérone, secrétée par la surrénale, et la vasopressine, secrétée par l'hypophyse, sont les principales hormones qui stimulent la réabsorption sodique dans le canal collecteur. D'autre part, des facteurs secrétés localement, y compris des prostaglandines et la bradykinine, inhibent la réabsorption du sodium par le canal collecteur. Outre des facteurs circulants et d'autres secrétés localement, la réabsorption du sodium est contrôlée par le débit tubulaire, la pression hydrostatique, l'osmolarité extra-cellulaire et la concentration sodique intracellulaire.

Au milieu des années 80, deux groupes français (Alain Doucet et Jean-Pierre Bonvalet) ont montré indépendamment l'un de l'autre que le fait d'augmenter la concentration sodique intracellulaire in vitro induisait une augmentation de l'activité Na,K-ATPase dans un canal collecteur isolé provenant de différentes espèces de mammifères (rat, lapin, et souris). En utilisant des canaux collecteurs isolés et des cultures de cellules principales de souris, nous avons récemment montré que la concentration intracellulaire de sodium contrôle le nombre d'unités de Na,K-ATPase exprimées à la surface cellulaire, c'est-à-dire d'enzymes actifs, par translocation d'unités de Na,K-ATPase d'un pool de stockage intracellulaire inactif vers la membrane plasmatique. Incontestablement, les niveaux d'expression de Na,K-ATPase à la surface cellulaire étaient positivement corrélés à la concentration sodique intracellulaire. Ce résultat implique que les cellules principales du canal collecteur sont capables de moduler l'activité de Na,K-ATPase selon le taux d'entrée sodique apicale pour maintenir la concentration sodique intracellulaire dans des limites étroites, malgré de larges variations du taux de réabsorption sodique. En fait, des augmentations persistantes de concentration de sodium intracellulaire modifieraient de nombreux processus cellulaires vitaux et entraîneraient finalement la mort cellulaire. Le recrutement d'unités de Na,K-ATPase induit par le sodium repose sur l'activation de la protéine kinase A. La protéine kinase A est une molécule de signalement cellulaire qui effectue la phosphorylation des protéines spécifiques du substrat et régule ainsi de nombreux processus cellulaires comme la croissance cellulaire, le contrôle de l'apport de protéines nouvellement synthétisées et recyclées, le contrôle des activités enzymatiques et des transporteurs ioniques et hydriques. Classiquement, au repos repos, la protéine kinase A est produite par l'association de deux sous-unités catalytiques à deux sous-unités régulatrices. La liaison de la sous-unité régulatrice à la sous-unité catalytique maintient cette dernière dans un état inactif. La protéine kinase A est activée après liaison à l'AMP cyclique, un second messager intracellulaire généré par l'activation des récepteurs de surface cellulaires avec sa sous-unité régulatrice qui induit sa dissociation et d'une sous-unité catalytique permettant aux sous-unités catalytiques libres de phosphoryler des substrats. Notons que nous avons montré que dans les cellules du canal collecteur principal, l'augmentation du sodium intracellulaire induit la protéine kinase A indépendamment de toute augmentation détectable des taux cellulaires d'AMP cyclique. Dans ces circonstances, un pool discret de sous-unité catalytique de la protéine kinase A est activé par dissociation à partir du complexe NFκB-IκB. Il est important de noter que la même voie d'activation de la protéine kinase A est partagée par les cytokines proinflammatoires, à savoir le facteur de nécrose tumorale alpha et l'interleukine 1. Après activation du récepteur aux cytokines ou augmentation de la concentration intracellulaire de sodium, le complexe NFκB-IκB se dissocie, atténuant l'effet inhibiteur de IκB et permettant la translocation nucléaire du facteur de transcription NFκB qui contrôle l'expression d'une série de gènes impliqués dans les réponses inflammatoires et cytoprotectrices. Nos résultats ont donc établi un lien entre l'inflammation et des altérations du transport du sodium dans les maladies rénales qui peut être important dans la physiopathologie des altérations du métabolisme sodique rénal observées dans les néphropathies associées à un processus inflammatoire, y compris les glomérulonéphrites, pyélonéphrites et les obstructions urétrales.

Nos résultats indiquent aussi qu'outre les ions calcium, les ions sodium activent des voies multiples de signalisation intracellulaire qui contrôlent à la fois les activités enzymatiques et la transcription des gènes, suggérant la présence d'un capteur intracellulaire sodique qui pourrait être ciblé pour le développement de nouveaux agents thérapeutiques destinés au traitement de maladies liées à la rétention rénale de sodium, y compris les oedèmes et l'hypertension artérielle.

Vinciguerra M, Deschênes G, Hasler U, Mordasini D, Rousselot M, Doucet A, Vandewalle A, Martin PY, Féraille E.
Intracellular Na+ controls cell surface expression of Na, K-ATPase via a cAMP-independent PKA pathway in mammalian kidney collecting duct cells
MBC in press, published on April 4, 2003 as 10.1091/mbc.E02-11-0720
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Résumé du travail primé
Le sodium intra-cellulaire contrôle l'expression de surface de la Na,K-ATPase dans les cellules rénales	84 Kb	d