L’homéostasie sodique joue un rôle prépondérant lors de la carcinogénèse prostatique. Cependant, le rôle du canal de fuite sodique NALCN lors de la carcinogénèse prostatique était totalement inconnu. L’objectif principal de cette étude était d’étudier le rôle de NALCN dans la dérégulation de l’homéostasie sodique lors de la tumorigenèse prostatique. Tout d’abord, nous avons montré sur des coupes de tissus prostatiques que l’expression de NALCN est augmentée dans les cancers. De plus, NALCN est surexprimé dans les lignées cancéreuses prostatiques les plus agressives. Nous avons vérifié la fonctionnalité du canal NALCN et de ses protéines associées via des expériences d’imagerie sodique dans ces lignées. Grâce à notre étude, nous montrons que NALCN n’est pas impliqué dans le cycle cellulaire, la viabilité cellulaire, l’apoptose ni la prolifération. En revanche, nous avons démontré que ce canal affecte grandement la motilité, la migration et l’invasion de nos lignées cellulaires cancéreuses prostatiques. Nous avons montré que NALCN et le proto-oncogène Src sont co-localisées dans le cancer de la prostate, notamment au niveau de structures appelées invadopodes. Enfin, nous avons prouvé par des études in vivo que la croissance tumorale et la formation de métastases sont inhibées lorsque l’expression du canal NALCN est diminuée. En conclusion, nos données mettent en évidence que le canal NALCN est un acteur important dans l’augmentation du potentiel métastatique des cellules cancéreuses de prostate à la fois in vitro et in vivo. NALCN peut donc être considéré comme une nouvelle cible thérapeutique permettant de diminuer l’agressivité des cancers de la prostate. / Importantly, altered Na+ homeostasis was implemented in prostate carcinogenesis. However, until now nothing was known about a newly discovered Na+ leak channel, NALCN, and its role in prostate malignancy. Therefore, the main objective of this study was to investigate the involvement of NALCN as a potential candidate of the deregulated Na+-dependent signalling mechanisms in prostate cancer. Interestingly, NALCN represented distinctly different localization patterns and levels of expression between human healthy and cancer prostate tissues. Indeed, NALCN was expressed preferentially in highly aggressive prostate cancer cell lines. Na+ imaging results verified on functionality of NALCN channelosome in these cells. Our study also revealed that NALCN was not involved in cell cycle, viability, apoptosis and proliferation, but significantly affected motility, migration and invasiveness of the prostate cancer cells. Interestingly, it was already reported that protooncogene Src family kinase is recruited to the NALCN complex. In this study, we confirmed that NALCN and Src kinase are co-localized in human prostate cancer cells, particularly in the structures that represent invadopodia formation sites. Furthermore, in vivo studies confirmed that NALCN downregulation inhibits tumour growth and metastasis formation. Overall, these data provide evidence on NALCN contribution to the increased metastatic potential of human prostate cancer cells in vitro and in vivo. Therefore, NALCN could provide new perspective molecular target for the disease suppression, in particular at its advanced stages.

L'activité électrique des neurones dépend de la l’expression et de l'activité des canaux ioniques, dont le canal de fuite de sodique récemment décrit, appelé NALCN. Dans les neurones, NALCN est un canal activé par un récepteur couplé aux protéines G qui conduit un courant de fuite de sodium résistant à la TTX et résistant à Cs + et contribue à la mise en place du potentiel de la membrane du repos. Chez l'homme, des mutations récessives et dominantes de NALCN ont récemment été décrites dans des troubles neurologiques complexes tels que la Dystrophie Neuroaxonale Infantile (syndrome INAD) et l'Arthrogryposis Distal de Type 2A (syndrome CLIFHADD). Ces troubles partagent des symptômes communs tels que l'ataxie, les crises épileptiques, l'hypotonie, le retard cognitif et le retard de développement. Les conséquences fonctionnelles de ces mutations NALCN ne sont toutefois pas connues principalement en raison de l'absence d'un modèle cellulaire reproductible pour réaliser une analyse électrophysiologique du courant NALCN. Dans la présente étude, nous décrivons les propriétés des canaux NALCN recombinants dans la lignée cellulaire neuronale, NG108-15. Ces cellules, qui expriment les sous-unités auxiliaires UNC79 et UNC80 de NALCN, ont été transfectées avec des constructions encodant NALCN (type sauvage ou mutants) et sa sous-unité NLF-1. Après la transfection du NALCN de type sauvage, les enregistrements par la technique de patch-clamp ont révélé la présence d'un courant de fuite entrant dans des cellules différenciées. A noter que la transfection des mutants CLIFHADD a entraîné l'expression d'un courant de fuite de sodium significativement plus élevé, comparé aux cellules exprimant des canaux NALCN de type sauvage. Au contraire, aucun courant de ce genre n'a été observé dans les cellules exprimant le mutant INAD. Ces résultats confirment fortement l'hypothèse selon laquelle les mutations dominantes CLIFHADD est un gain de fonction, alors que l'INAD est une mutation de perte de fonction. En conclusion, nos données démontrent que la lignée cellulaire NG108-15 est un modèle cellulaire fiable pour étudier l'activité électrophysiologique des canaux NALCN de type sauvage et mutant. / Electrical activity of neurons is critically dependent on the presence and activity of ion channels, including the recently described “sodium-leak channel” named NALCN. In neurons, NALCN is a G protein-coupled receptor-activated channel that conducts a TTX-resistant and Cs+-resistant sodium-leak current and contributes to setting-up the resting’s membrane potential. In humans, both recessive and dominant mutations of NALCN were recently described in complex neurological disorders such as Infantile Neuroaxonal Dystrophy (INAD) and Type 2A Distal Arthrogryposis (CLIFHADD). These disorders share common symptoms such as ataxia, epileptic seizures, hypotonia, cognitive delay and developmental retardation. The functional consequences of these NALCN mutations are however not known mainly because of the lack of a reliable cellular model to achieve electrophysiological analysis of the NALCN current. In the present study, we describe the properties of recombinant NALCN channels in the neuronal cell line, NG108-15. These cells, which express the NALCN’s ancillary subunits Unc79 and Unc80, were transfected with constructs encoding NALCN (wild-type or mutants) and its NLF-1 subunit. Following transfection of the wild-type NALCN, patch-clamp recordings revealed the presence of an inward background current in differentiated cells. Importantly, transfection of the CLIFHADD mutants resulted in the expression of a significantly larger sodium-leak current, compared to cells expressing wild-type NALCN channels. On the contrary, no such current was observed in cells expressing the INAD mutant. These results strongly support the hypothesis that CLIFHADD are gain-of-function, while INAD are loss-of-function mutations. Altogether, our data demonstrate that the NG108-15 cell line is a reliable cellular model to study electrophysiological activity of wild-type and mutant NALCN channels

Evidence is presented that Lymnaea contains homologues for mammalian Cav3 and NALCN 4-domain ion channels, which retain key amino acid sequence motifs that differentiate these channels from other 4-domain types. Molecular cloning and heterologous expression of the first invertebrate Cav3 channel cDNA from Lymnaea confirms that it indeed is a true homologue to mammalian Cav3 channels, retaining some hallmark biophysical and pharmacological features1. Interestingly, the Lymnaea Cav3 channel gene also exhibits alternative splicing that is conserved with mammalian Cav3.1 and Cav3.2 channels, with homologous exons 8b in the I-II linker (Cav3.1) and 25c in the III-IV linker (Cav3.1 and Cav3.2), that can selectively be included or omitted from the full length channel. We show that the developmental and spatial expression patterns of these splice variants are remarkably conserved, and that these splice variants produce analogous changes in membrane localization and biophysical properties when channels are expressed in HEK-293T cells. The Lymnaea Cav3 channel gene also undergoes alternative splicing in the domain II P-loop, with mutually exclusive exons 12A and 12B that code for a large portion of the P-loop just upstream of the selectivity filter. Such splicing is a novel discovery that is not conserved with vertebrates or any other deuterostome animal, all of which only contain 12A homologues of exon 12. However, protostome animals including Lymnaea stagnalis, Drosophila melanogaster, and C. elegans all have mutually exclusive 12A and 12B exons in their Cav3 channel genes. Evidence is presented that exon 12A is likely the ancestral exon for the domain II P-loop, and that alternate exon 12B evolved later. Furthermore, although the two Lymnaea variants possess the same selectivity filter motifs characteristic for Cav3 channels (i.e. EEDD), they exhibit dramatic differences in calcium vs. sodium selectivity, without significant differences in biophysical properties. This is the first account of alternative splicing used to modulate ion selectivity in a Cav3 channel homologue, and given that calcium is such an important electrogenic signaling molecule, these alterations are expected to have profound physiological implications. Amazingly, Lymnaea NALCN was also found to undergo alternative splicing in the domain II P-loop, but in this case, the entire P-loop is replaced by mutually exclusive exons 15a and 15b such that the selectivity filter is converted from the proposed non-selective sodium-permeable configuration (15b/EKEE; EEKE in mammals, nematodes and insects), to a calcium channel-like pore (15a/EEEE). Thorough phylogenetic analysis reveals that NALCN is extremely unconventional, in that alternative splicing has frequently and independently evolved to alter the selectivity filter in domains II or III, in multiple animal clades. Furthermore, the ancestral NALCN channel most likely contained an EEEE pore. This work brings into question NALCN???s proposed role as a major leak sodium conductance that depolarizes neurons to help set the resting membrane potential, since some species possess only an EEEE variant, and based on homology to other 4-domain ion channels, this should render the channel calcium-selective. Unfortunately, heterologous expression and electrophysiological characterization of the two Lymnaea NALCN isoforms was unsuccessful, corroborating with others the inability to record NALCN ionic currents in heterologous systems.

Les cellules chromaffines des glandes surrénales sont des cellules neuroendocrines excitables impliquées dans la sécrétion de catécholamines. En réponse à un stress, ces hormones, parmi les premières à être libérées exercent de multiples actions sur leurs organes-cibles, contribuant à la réponse adaptive de l'organisme. Ainsi, élucider la physiopathologie du stress est un enjeu de santé publique et mieux connaître les mécanismes permettant au tissu médullosurrénalien d'optimiser la sécrétion de catécholamines aux besoins de l'organisme est un défi à relever.La sécrétion des catécholamines est liée à l'activité électrique des cellules chromaffines et élucider les mécanismes cellulaires qui en contrôlent l'excitabilité est d'intérêt. L'activité électrique de ces cellules est régulée par le nerf splanchnique ainsi que par des conductances ioniques intrinsèques. Dans ce contexte, les conductances opérant autour du potentiel de repos jouent un rôle majeur dans le déclenchement des potentiels d'action. C'est en particulier le cas du canal NALCN (sodium leak channel), récemment décrit comme régulant le potentiel de repos des neurones. C'est pourquoi nous avons orienté nos travaux vers la caractérisation du rôle de NALCN dans l'excitabilité des cellules chromaffines, dans des tranches de glandes surrénales de souris. L'enregistrement du potentiel de membrane révèle qu'environ 62% des cellules chromaffines présentent des potentiels d'action spontanés et que le profil de décharge suit un mode régulier ou un mode en bouffées. Des enregistrements plus longs révèlent qu'une même cellule présente alternativement ces 2 modes de décharge. Un changement de potentiel de quelques mV autour du potentiel de repos favorise un mode, indiquant que les courants ioniques actifs autour du potentiel de repos sont des composantes cruciales de l'excitabilité cellulaire. NALCN est-il un de ces courants?Pour commencer, nous avons observé, par hybridation in situ, la présence du transcrit codant NALCN dans les cellules chromaffines chez la souris (coll Dr. Ventéo, INM, Montpellier). Nous avons alors cherché à déterminer si NALCN est impliqué dans l'activité électrique des cellules chromaffines. Nous avons utilisé un protocole de diminution de la concentration extracellulaire de Na+, classiquement utilisé pour l'étude électrophysiologique de NALCN. La diminution du Na+ extracellulaire induit une hyperpolarisation et un arrêt des potentiels d'action. Cet effet n'est pas bloqué par la TTX. En potentiel imposé, la diminution du Na+ réduit le courant de maintien, elle n'est ni bloquée par la TTX ni par le Cs+. La courbe courant/potentiel du courant sensible à la réduction du Na+ révèle un courant linéaire entre -130 et -50 mV et un potentiel d'inversion en accord avec la contribution de plusieurs espèces ioniques. Ce courant présente une perméabilité majeure au Na+ vs K+. Ainsi, ces résultats décrivent une conductance ionique partageant des propriétés biophysiques et pharmacologiques similaires à celles de NALCN.Afin de poursuivre dans cette direction, nous avons initié des travaux ambitieux visant à éteindre l'expression du gène codant NALCN dans les cellules chromaffines, au travers d'une stratégie d'injection de virus in vivo. Une construction codant pour un shRNA dirigé contre NALCN, a été injectée dans la glande surrénale gauche. Les résultats sont très encourageants, montrant i) la présence, dans les glandes injectées, de cellules chromaffines transduites et ii) une diminution significative de l'expression de NALCN dans les glandes injectées avec le ShRNA-anti NALCN. Cette approche de transduction virale mérite d'être poursuivie.En conclusion, et même si les résultats actuels ne permettent pas d'affirmer avec certitude que NALCN contribue à l'excitabilité des cellules chromaffines, ce travail de thèse apporte néanmoins une contribution majeure à l'étude de l'excitabilité de ces cellules et ouvre des perspectives attractives quant au rôle de NALCN. / Adrenal chromaffin cells are excitable neuroendocrine cells involved in the secretion of catecholamines. Once delivered into the blood circulation, these hormones exert multiple actions, leading to physiological adjustments enabling the organism to cope with stress. Deciphering the physiology/pathology of stress is a major public health issue, especially in the field of the mechanisms that lead to optimal catecholamine secretion.The electrical activity of chromaffin cells critically shapes the catecholamine secretory pattern. Elucidating the mechanisms regulating the firing discharge is therefore of interest. In situ, chromaffin cell excitability is regulated by both the splanchnic nerve inputs and the intrinsic ion conductances expressed in cells. Regarding this, the conductances operating near the resting membrane potential are crucial in the cell competence to spontaneously fire. In particular, the background current flowing through the sodium leak channel NALCN has been recently reported to tune the resting potential of neuronal cells. This finding prompted us to investigate the possible contribution of NALCN to chromaffin cell excitability in mouse acute adrenal slices. The first part of my thesis was aimed at investigating chromaffin cell electrical firing pattern. Whole-cell recordings indicate that about 62% of mouse chromaffin cell spontaneously fire and exhibit two discharge patterns, a regular firing mode and a bursting mode. Long-lasting recordings of spontaneous electrical activity reveal that the two firing modes can occur in the same cells. When the membrane potential is challenged around the resting value, the firing pattern alternate between the two modes, indicating that currents operating around the resting membrane potential are key components in regulating cell excitability. Is NALN one of these currents?To answer this question, we first unveiled, by in situ hybridization, the presence of the transcript encoding NALCN in mouse chromaffin cells (coll with Dr. Ventéo, INM, Montpellier). Second, we performed electrophysiological experiments using protocols and pharmacological agents commonly used to study NALCN currents. Decreasing external NaCl leads to a robust membrane hyperpolarization, abrogating action potentials. This effect is not blocked by TTX. In voltage-clamp conditions, external Na+ reduction leads to a decrease in the holding current. This effect is not blocked by Cs+. Depolarizing voltage ramps unveil that the current blocked by lowering external Na+ blocks is linear between -130 and -50 mV, and displays a reversal potential arguing for a non-selective conductance. The ionic permeability is dominant for Na+ over K+. Collectively, our results describe a voltage-independent and non-selective cationic conductance operating near the resting potential of mouse chromaffin cells. Its electrophysiological and pharmacological properties recapitulate two NALCN attributes.In the third part, we developed an ambitious approach aiming at silencing NALCN expression specifically in chromaffin cells in vivo. Viral vectors encoding anti-NALCN shRNA under the control of the tyrosine hydroxylase promoter, as well as appropriate positive and negative viral constructs, were injected in the left gland. As promising results, transduced cells were detected in the injected glands only and a significant decrease in NALCN expression was observed in glands injected with the anti-NALCN shRNA. As such, the data collected from in vivo manipulation of NALCN expression are encouraging and this approach deserves to be pursued.This thesis describes a Na+-sensitive current operating near the resting membrane potential of mouse chromaffin cells, sharing biophysical and pharmacological properties with NALCN. Even though further experiments are needed to ascertain that NALCN supports this conductance, our work contributes to a better knowledge of chromaffin cell excitability.

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