Les claudines sont des protéines des jonctions serrées qui déterminent la perméabilité ionique paracellulaire. La branche large ascendante corticale de l’anse de Henle (cBLAH) exprime plusieurs claudines (en particulier claudine-10b, -14, -16 et -19). Les mutations inactivatrices des claudines-16 et -19 sont responsables du syndrome FHHNC chez l’Homme, caractérisé par une perte de calcium et de magnésium par un défaut de réabsorption dans la BLAH. En l’absence de modèle in vitro adapté, les fonctions des claudines dans la cBLAH restent méconnues, ainsi que l’action des déterminants de la réabsorption du calcium et du magnésium qui y sont exprimés : récepteur de la PTH (PTH1R) et Casr. L’objectif de ce travail était de contribuer à combler ces lacunes. Nous avons montré que la claudine-16 était requise pour une perméabilité paracellulaire aux cations divalents normale dans la cBLAH murine, grâce à l’étude des souris claudine-16-/-. La claudine-16 n’affecte pas les autres perméabilités ioniques, ce qui est concordant avec le phénotype d’inactivation de la claudine-16 chez l’Homme. En condition basale, la claudine-14 est indétectable. Les flux calciques ne sont pas augmentés chez les souris claudine-14-/-. Nous avons décrit le premier cas de mutation inactivatrice de la claudine-10b chez l’Homme, à l’origine d’un syndrome de Bartter et de déficits de sécrétion salivaire et sudorale et conclu que la claudine-10 augmente la perméabilité paracellulaire au sodium. Nous avons également étudié le rôle de Casr et du récepteur de la PTH (PTH1R) dans le contrôle de la perméabilité ionique de la cBLAH murine. La stimulation de la réabsorption du calcium par l’inhibition du Casr ou l’activation du PTH1R ne nécessite pas la présence de la claudine-16. En revanche, la claudine-16 est nécessaire pour le contrôle de la réabsorption de magnésium par ces deux déterminants. Ces résultats sont en faveur d’un contrôle séparé des absorptions de calcium et magnésium, et remettent en cause le concept du rôle central de claudine-14. Notre projet nous a également permis de décrire un nouveau mécanisme d’atteinte des jonctions serrées, d’origine auto-immune, par anticorps anti-claudine-16 chez un patient. Si l’origine de cette atteinte est inconnue, ce modèle soulève de nouvelles questions sur les conséquences de l’inactivation de la claudine-16 dans la BLAH, le phénotype du patient étant différent du syndrome FHHNC (absence de néphrocalcinose en particulier). Ce travail nécessite d’être complété par une étude plus approfondie des mécanismes contrôlant la fonction des claudines en réponse au calcium et au magnésium extracellulaires et à la PTH. / Claudins are integral membrane proteins expressed at tight junctions, which determine paracellular permeability to ions. The thick ascending limb of the loop of Henle (TALH), expresses several claudins (including claudin-10b, -14, -16, -19). Inactivating mutation of claudin-16 and -19 cause familial hypomagnesemia with hypercalciuria and nephrocalcinosis (FHHNC), a renal tubular disorder featuring a severe defect in paracellular divalent cation transport in the TALH. Due to the lack of appropriate study model, both the function of claudins and the role of potential regulatory factors, such as the PTH receptor PTH1R and the calcium receptor CaSR, are only partially known. The purpose of the study was to contribute to fill this gap. We studied several models of claudin inactivation (claudin-16-/- and claudin-14-/- mice, human inactivating mutation of claudin-10b). We demonstrated that claudin-16 was required for normal paracellular permeability to calcium and magnesium in the TALH, but did not affect the permeability to other ions; this was consistent with the known features of FHHNC syndrome. In basal conditions, claudin-14 is not detectable and calcium reabsorption is not increased in claudin-14-/- mice. We described the first inactivating mutation of claudin-10b in Humans, causing a Bartter syndrome and defects in sweat and saliva secretions; we concluded that claudin-10b increases paracellular permeability to sodium. We studied the role of Casr and PTH1R, as determinants of paracellular permeability in the mouse TALH. Casr inactivation or PTH1R activation could increase calcium absorption in the absence of Claudin-16. By contrast, both conditions did not change magnesium transport in the absence of Claudin-16. These results suggest that calcium and magnesium absorptions can be differentially controlled in the TALH; in addition, they challenge the hypothesis of a central role of Claudin-14. Finally, we described for the first time an autoimmune disease affecting tight junction in the TALH, due to anti-claudine-16 autoantibody. The phenotype of this patient differed from that of patients with FHHNC syndrome (no nephrocalcinosis) and raised new questions about the pathogenesis of claudin-16 inactivation. More data on the effect of extracellular calcium and magnesium, PTH1R and Casr on the function of tight junction in the TALH are warranted.

Claudin Tight Junction Proteine sind wichtige Komponenten für den parazellulären Ionentransport in Epithelien. In der Niere sind Claudine an der Ionenresorption im Rahmen der Urinbildung beteiligt. In meiner Arbeit wurde die renale Funktion von zwei Vertretern dieser Familie, Claudin-16 und Claudin-10, untersucht. Durch gerichtetes Gentargeting wurden murine Defizienzlinien für Cldn16 und Cldn10 generiert und hinsichtlich ihres Phänotyps charakterisiert, der Fokus der Untersuchungen wurde auf die Nierenfunktion gelegt. Claudin-16-Fehlfunktion wurde mit der herediären Nierenerkrankung FHHNC assoziiert. FHHNC ist charakterisiert durch renalem Salzverlust und die Ausbildung einer Nephrokalzinose, welche schließlich zu terminalem Nierenversagen führt. Claudin-16-defiziente Mäuse weisen ähnliche Elektrolytimbalanzen wie humane FHHNC-Patienten auf, zeigen jedoch kompensatorische Mechanismen auf physiologischer, endokrinologischer und Transkriptions-Ebene, welche eine Progression der Krankheit verhindern. Das Mausmodell eignet sich somit für Studien zum renalen Salzverlust und zur Analyse der zugrunde liegenden molekularen Mechanismen. Zusätzlich konnten zwei putative Transporter gefunden werden, welche als interessante Kandidaten im renalen Magnesiumtransport weiteren Analysen unterzogen werden. Claudin-10 ist ubiquitär in Epithelien exprimiert, seine physiologische Rolle jedoch bis dato nur unzureichend geklärt. Claudin-10-defiziente Mäuse versterben wenige Stunden nach der Geburt. Untersuchungen an pulmonalem und renalem Gewebe konnten bislang keine Ursache für die Mortalität aufzeigen. Urinanalysen deuten jedoch auf eine Imbalanz der Magnesiumhomöostase hin. Durch konditionelle Knockout-Strategien soll im Folgenden die Claudin-10-Defizienz in einzelnen Geweben, etwa der Niere, untersucht werden. Auf diese Weise soll die Aufarbeitung des Phänotyps komplettiert und die Ursache der Letalität gefunden werden. / Claudin tight junction proteins are essential components in the regulation of paracellular fluxes through epithelial layers. In the kidney, claudins contribute to the resorption of ions in urine formation. This thesis highlights the physiological role of two renally expressed family members, claudin-16 and claudin-10. Via conditional gene targeting, murine Cldn16 and Cldn10 deficiency strains have been generated and evaluated with respect to their phenotype, with a focus on the renal function. Claudin-16 has been attributed to the resorption of bivalent ions in the thick ascending limb of Henle’s loop. Protein malfunction in humans goes in hand with FHHNC, a genetic disorder characterized by renal loss of bivalent ions, finally leading to nephrocalcinosis and end stage renal disease. Claudin-16 deficient mice display similar electrolyte disorders as human patients, but also resemble compensatory mechanisms on physiological, endocrinological and transcriptional levels to prevent the progression of the disease state. Hence, Cldn16 knockout mice serve as an adequate model to study renal salt wasting as well as counterregulatory mechanisms which highlights molecular pathways underlying renal salt wasting. Additionally, we could identify putative transport proteins which are attractive candidates for transcellular magnesium transport in the kidney. Claudin-10 shows a wide distribution in various tissues, its physiological role, however, is still under evaluation. Mice lacking claudin-10 display a lethal phenotype shortly after birth. Investigations of renal and pulmonary histology has not yet revealed the cause for the mortality under claudin-10-deficiency. However, urine analysis suggests an imbalance in the magnesium homeostasis in these animals. By subsequent conditional gene knockout approaches, this model will serve as a basis for tissue specific claudin-10 ablation and thereby enables investigation into the contribution of claudin-10 to distinct organ functions.