Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2008. / Bibliogr.: f. 61-63. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2007. / Bibliogr.: f. 183-186. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Le cotransporteur Na+-K+-G" rénal, aussi appelé NKCC2, est une protéine polytopi-que dont le rôle est de coupler le mouvement des ions Na+, K+ et Cl" à la surface cellulaire. Il est exprimé exclusivement dans la membrane apicale de l'anse ascendante large de Henle (TALH) où il veille à la réabsorption des ions filtrés. Ce faisant, il contribue à la concentration et à la dilution de l'urine, au rétrocontrôle tubuloglomérulaire et au maintien de la pression artérielle (PA) via celui du volume extracellulaire. À cet effet, l'inactivité de NKCC2 dans le syndrome héréditaire de Bartter se manifeste par des pressions qui sont souvent normales basses. L'activité de NKCC2 augmente lorsque la concentration intracellulaire (Ci) des ions transportés diminue, et ce, grâce à des modifications posttranslation-nelles qui incluent la phosphorylation du transporteur. L'activité de NKCC2 est aussi régulée avant l'étape de la traduction en protéine, mais il y a peu de données disponibles à ce chapitre. Le but du présent mémoire était de déterminer si des changements de la concentration intracellulaire des ions Na⁺, K⁺ ou C1⁻ affectaient aussi l'expression de NKCC2 par des mécanismes opérant aux étapes transcriptionnelle ou posttranscriptionnelle de la synthèse du transporteur. Pour ce faire, nous avons transfecté des cellules immortalisées provenant du TALH avec des régions promotrices de NKCC2, les avons soumises à différentes conditions de culture, et les avons analysées de manière à quantifier l'activité transcriptionnelle de NKCC2 et son expression. Nos résultats montrent qu'à court terme, une diminution de la concentration intracellulaire des ions Na⁺ et Cl⁻ entraîne une augmentation de l'activité transcriptionnelle de NKCC2 et sans doute aussi de la stabilité de son ARNm, alors qu'à moins court terme, elle entraîne une diminution de l'activité transcriptionnelle de NKCC2. Ces données suggèrent donc l'existence de facteurs de transcription dont l'activité est sensible à la concentration intracellulaire des ions transportés par NKCC2 et dont la cible comprend le promoteur du gène. Elles suggèrent aussi que l'effet immédiat d'une diminution de la concentration intracellulaire des ions est d'augmenter l'activité de NKCC2 par différents mécanismes à action rapide, mais que l'effet plus tardif est d'autolimiter la synthèse du cotransporteur à l'étape transcriptionnelle pour empêcher un transport excessif des ions vers l'intérieur de la cellule.

Les cotransporteurs cation-Cl (CCCs) appartiennent à une grande famille de protéines qui comprend neuf isoformes : CCCl à CCC7, qui permettent le mouvement du Cl" avec celui d'un Na+ et/ou K+ à travers la membrane cellulaire, CCC9, qui agit comme un transporteur de polyamine (PA) - glutamate, et CCC8, dont on en connaît pas la fonction. Les CCCs font aussi partie d'une famille plus large de protéines qui sont regroupées sous le nom de « amino acid - polyamine - orgcmocation carriers (APC) ». À l'exception de CCC9, cependant, les protéines impliquées dans le transport des PAs n'ont été isolées que chez les unicellulaires et ne font pas nécessairement partie de la famille des APC. Dans cette étude, nous avons trouvé que CCC8 joue vraisemblablement le rôle de transporteur de polyamines chez des espèces plus complexes puisque son expression dans les cellules HEK-293 augmente l'influx de spermidine à la surface cellulaire et puisque cette protéine est ubiquitaire chez les mammifères. Nous avons aussi observé que l'influx de spermidine dirigé par les cellules exprimant CCC8 est inhibé par la pentamidine, le methyl-glyoxal-bis-guanylhydrazone, le furosémide et la paraquat, et que cet influx est aussi associé avec celui certains ions comme le Na+ et le Cl". Ainsi, un groupe de substrats qui sont transportés par CCC8 a été découvert pour la première fois suite à ce travail tout comme l'identification d'un nouveau système de transport de polyamines dans les cellules animales. Ces résultats ont un intérêt majeur puisque les polyamines intracellulaires jouent un rôle clé dans la prolifération cellulaire.

Le cotransporteur Na-K-CI rénal (NKCC2) couple le transport de 4 ions (1 Na+, 1 K+ ou 1 Rb +, et 2 Cr) à travers la membrane apicale de l'anse ascendante de Renle, contribuant à la réabsorption de l'ultrafiltrat glomérulaire. L'épissage alternatif de l'exon 4 engendre 2 variantes appelées ±A¿ et ±F¿ dont la séquence dans le deuxième segment transmem-branaire (tm2) et dans la première boucle intracellulaire (cs1) diffère. Il confère aussi des différences d'affinité ioniques, i.e., ± A ¿ a des Km beaucoup plus bas que ± F ¿ pour tous les ions grâce à des résidus spécifiques que nous avons identifiés par des études mutagéniques, i.e., les résidus 216 et 220 dans tm2 (qui moduleraient l'affinité pour le Rb et Cl, respectivement) et certains résidus de csl incluant 223, 229, 233 et peut être 225 (qui moduleraient l'affinité pour le Cl). À ce stade-ci, notre but principal est d'avancer notre recherche sur la compréhension des déterminants qui confèrent à ± A ¿ et ± F¿ leurs caractéristiques cinétiques propres. Nous savons que les résidus ± modificateurs d'affinité¿ identifiés opèrent en combinaison mais ignorons la séquence des cassettes en ~ant que tel et leur spécificité ionique. Nous avons donc créé des . chimères en interchangeant des paires de résidus entre ± A ¿ et ± F ¿, i.e. résidus 216 et 220 dans tm2, 223 et 225 dans cs1, 223 et 229 dans csl, et 220 et 225 dans tm2-cs1, pour ensuite exprimer les mutants dans des oocytes de Xenopus laevis et analyser leur dépendance à chacun des ions. Nous avons trouvé, de façon fort intéressante, que la cassette 220; 223; 225; 233 modulait l'affinité pour les ions Na+-Cr (incluant le site à haute affinité pour le Cl) et que la 'cassette 216; 225 modulait celle pour le Rb. Toutefois, les résultats obtenus pour l'une des chimères (± F ¿ chez qui les résidus 216 et 220 ont été remplacés par ceux de ± A ¿) avait un comportement inattendu puisque son affinité pour le Rb est demeurée identique à celle de ± F ¿. En conclusion, les résidus de tm2 et csl fonctionnent probablement en synergie pour assurer la coordination ionique par NKCC2. Par ailleurs, nos résultats suggèrent l'existence d'au moins 2 cassettes ± modificatrices d'affinité ¿, l'une pour le Na-Cl et l'autre pour le K-Cl.

Ce mémoire porte sur l'étude d'une variante d'épissage du cotransporteur humain cation-chlore orphelin (huCCC9a), un membre de la superfamille des cotransporteurs cation-chlore qui compte neuf membres, CCC1 à 7 qui ont pour fonction de transporter les ions Na+ et/ou K+ avec le Cl" à travers les surfaces cellulaires, et CCC8 et 9, dont les substrats ioniques demeurent inconnus à ce jour. Nous avons découvert que huCCC9, bien qu'il appartienne à la famille des CCCs, fait partie d'un groupe plus large de protéines appelé « famille des transporteurs d'acides aminés-polyamines-organocations » (ou APC pour l'acronyme anglais amino acid-polyamine-organocation transporter s). Nous avons donc voulu savoir si huCCC9a est impliqué dans le mouvement transmembranaire (tm) des polyamines d'autant plus que la plupart des cellules animales semblent être capable de promouvoir le transport facilité de tels substrats sans que la nature moléculaire exacte des protéines responsables, contrairement aux organismes unicellulaires, ait pu être déchiffrée. Nos résultats ont montré que huCCC9 permettait le transport de la spermidine > spermine > putrescine. De plus, nous avons aussi trouvé que l'influx de polyamines par CCC9a est augmenté en présence de certains acides aminés, que cet influx est indépendant des ions Na+ , K+ et Cl" et qu'il est inhibé par le furosémide et la pentamidine. Ces résultats revêtent une importance capitale en ce qu'ils correspondent à la première identification faite à ce jour d'un transporteur de polyamine chez les cellules animales et en ce sens qu'il semble exister un lien important entre le métabolisme intracellulaire des polyamines et la carcinogenèse de même qu'entre le gène CCC9a et une maladie appelée psoriasis vulgaris. / Cation-Cl" transporters (CCCs) belong to a large family of proteins that includes nine isoforms: CCC1 to 7, which have been shown to promote Cl" movement along with Na+ and/or K+ movement across cell surfaces, and CCC8 and 9, which have not been ascribed a specific transport function yet. The CCCs are also part of a larger family of proteins that are regrouped under the name amino acid-polyamine-organocation carriers (APC). In contrast to the CCCs, however, proteins involved in polyamine transport have only been isolated from unicellular species and do not necessarily belong to the APC family. In this work, we have found that a splice variant of CCC9 (called CCC9a) probably operates as one such polyamine transporter in higher species given that its expression in HEK-293 cells increases the influx of spermidine > spermine > putrescine at the cell surface and that it is otherwise widely distributed in certain mammals. We have also found that the influx of PAs by CCC9a increases further in the presence of certain amino acids, is Na+ -K+ -Cl"-independent and is inhibited by furosemide and pentamidine. Hence, a group of substrates that are transported by CCC9 as well as the molecular identity of a PA transport System in animal cells have been uncovered through this work for the first lime. These findings are of special interest given that CCC9 has been linked to the development of psoriasis vulgaris in the population and that intracellular PAs play a key role in cellular proliferation.

Cette thèse de doctorat a porté sur l'étude de deux protéines membranaires d'origine animale appelées CCC8 (ou SLC12A9) et CCC9 (ou SLC12A8) qui appartiennent à la superfamille des cotransporteurs cation-chlore, mais dont le rôle n'est pas de transporter les ions Na+ et/ou K+ avec le Cl" à travers les surfaces cellulaires à l'instar des autres membres de la famille. En cours de caractérisation, nous avons trouvé que CCC8 et 9 pouvaient se comporter comme des transporteurs de polyamines à la surface cellulaire, ce qui nous a permis d'être les premiers à identifier de tels systèmes de transport chez les animaux. On en connaissait l'existence depuis longtemps, mais pour une raison imprécise, leur identité moléculaire était demeurée elusive. Il faut mentionner à cet effet que tous les CCCs font partie d'un groupe plus large de protéines appelé « transporteurs d'acides aminés-polyamines-organocations » (ou APC pour l'acronyme anglais amino acid-polyamine-organocation carriers). L'importance de nos résultats réside dans le rôle que jouent les polyamines dans la prolifération et la differentiation cellulaires, et ce, dans des conditions normales autant que pathologiques. Entre autres, il semble exister un lien important entre le métabolisme intracellulaire des polyamines et la cancérogenèse de même qu'entre le gène CCC9 et une maladie appelée psoriasis vulgaris.

L’hypertension artérielle affecte 40 % des Canadiens et Canadiennes âgés de 56 à 65 ans et correspond à un facteur de risque important pour le développement de maladies cardiovasculaires. Les causes de l’hypertension artérielle sont multifactorielles et le plus souvent difficiles à circonscrire. Elles incluent des facteurs génétiques, comme le dérèglement de certains systèmes de transport ionique dans le rein, et des facteurs environnementaux, comme l’ingestion excessive de sodium par la diète, l’abus d’alcool, la sédentarité, etc. La réabsorption du sodium filtré par le rein est effectuée par des protéines de transport spécialisées. Parmi celles-ci, le cotransporteur Na-K-Cl de type 2 (NKCC2), exprimé uniquement dans l’anse ascendante large de Henle (AAH) du néphron, assure la réabsorption d’environ 20 % du sodium. Ce transporteur est inhibé par les diurétiques de l’anse qui sont utilisés en clinique pour traiter certaines formes d’hypertension. Un changement de l’activité de cette protéine, soit intrinsèque ou lié à celui de certaines enzymes qui agissent sur NKCC2, a aussi été associé à des désordres de la pression artérielle. NKCC2 existe sous trois variants principaux qui sont produits par l’épissage alternatif de l’exon 4. Ces variants d’épissage, nommés NKCC2A, NKCC2B et NKCC2F, sont identiques les uns aux autres à l’exception du segment transmembranaire deux et de la boucle intracellulaire adjacente. Malgré tout, ils ont des caractéristiques, des localisations et des rôles différents le long de l’AAH. NKCC2 est impliqué dans la régulation du volume cellulaire puisqu’il est activé en condition de stress hypertonique. Cette activation serait médiée (du moins en partie) par certains isoformes des kinases with no lysine (WNK) dont WNK1 et WNK3. Toutefois, l’effet de ces kinases sur chaque isoforme n’est pas connu et les mécanismes provoquant l’activation du cotransporteur en réponse au stress hypertonique sont peu définis. Une meilleure connaissance à ce sujet nous permettrait de mieux comprendre comment NKCC2 est régulé et de savoir de quelle manière il pourrait être modulé pour en contrôler l’activité dans un but thérapeutique éventuel. Les objectifs de cette thèse étaient comme suit : 1) déterminer les mécanismes par lesquels les kinases WNK1 et WNK3 régulent chacun des variants de NKCC2 lors du stress hypertonique (chapitre 1) et 2) identifier les résidus de NKCC2 qui permettent la réponse au stress hypertonique et la régulation différentielle par les kinases WNK (chapitre 2). Le modèle des ovocytes de Xenopus laevis a été utilisé à cette fin. Dans le chapitre 1, nous avons montré que le stress hypertonique produisait son effet en augmentant l’abondance de NKCC2A et NKCC2B à la surface cellulaire et que cet effet était mimé par WNK3, mais pas par WNK1. De plus, nous avons montré que WNK3 augmentait le recyclage à la membrane des transporteurs endocytés alors que le stress hypertonique ne produisait pas cette réponse. Enfin, NKCC2F s’est révélé peu sensible au stress hypertonique et à WNK3, suggérant que des résidus lui étant uniques dans l’exon 4 contribuaient à cette réponse différentielle. Dans le chapitre 2, nous nous sommes intéressés aux rôles des résidus divergents entre les variants pour déterminer si l’exon 4 jouait un rôle dans les réponses observées. Par des études de mutagénèse dirigée, nous avons mis en évidence que les résidus en position 230 et 238 avaient un impact sur le trafic cellulaire de NKCC2. En outre, nous avons constaté que les résidus de NKCC2F à ces positions avaient pour effet de favoriser la rétention du transporteur à la membrane cellulaire. En somme, l’ensemble de ces travaux permettent de mieux comprendre les mécanismes de régulation du cotransporteur NKCC2 par le stress hypertonique et par la voie des kinases WNK. À la partie variable de NKCC2, l’exon 4, nous avons identifié un nouveau rôle qui est de participer à la régulation du trafic cellulaire du transporteur. Grâce à cette connaissance, nous saurons désormais que des stratégies d’intervention pour contrôler l’activité de NKCC2 pourraient miser sur la modification du nombre de transporteurs au site d’expression. / High blood pressure affects 40% of Canadians aged 56 to 65 and is a major risk factor for cardiovascular diseases. The causes of high blood pressure are multifactorial and are often difficult to circumscribe. They include genetic factors, such as abnormalities in the function of renal ion transporters, and environmental factors, such as excessive dietary sodium intake, alcohol abuse, sedentary lifestyle, etc. In the kidney, the ultrafiltered NaCl load is reabsorbed by specialized ion transport systems. Of these systems, the Na-K-Cl cotransporter type 2 (NKCC2), is confined to the thick ascending loop of Henle (TALH) of the nephron where it reabsorbs approximatively 20% of the ultrafiltered NaCl load. This transporter is inhibited by loop diuretics that are used clinically to treat certain types of hypertension. A change in the activity of NKCC2, either intrinsic or secondary to the effect of regulatory enzymes, has also been associated with blood pressure disorders. NKCC2 exists as three main variants that are produced through the alternative splicing of exon 4. These splice variants, named NKCC2A, NKCC2B, and NKCC2F, are identical to each other except for the residue composition of transmembrane segment 2 and the following connecting segment. Yet, they have different characteristics and roles along the TALH. NKCC2 is involved in cell volume regulation as it is activated by cell shrinkage. This activation is mediated (at least in part) by certain isoforms of the with no lysine (WNK) kinases including WNK1 and WNK3. However, the effect of these kinases on each of the splice variants is not known and the mechanisms that underlie the response to cell shrinkage are poorly defined. A better knowledge in these regards would allow us to better understand how NKCC2 is regulated and how it could be acted upon optimally towards maximal clinical benefits. The objectives of this thesis were as follows: 1) to determine the mechanisms by which WNK1 and WNK3 regulate each of the NKCC2 variant under hypertonic stress (Chapter 1) and 2) to identify residues in NKCC2 that sustain the response to cell shrinkage and differential regulation by the WNK kinases (chapter 2). The oocyte model of Xenopus laevis was used for this purpose. In Chapter 1, we showed that cell shrinkage produced its effect by increasing the abundance of NKCC2A and NKCC2B at the cell surface and that this effect was mimicked by WNK3, but not by WNK1. In addition, we showed that WNK3 increased membrane recycling of endocytosed transporters while cell shrinkage failed to produce such a response. Finally, NKCC2F was found to be insensitive to cell shrinkage and WNK3, suggesting that specific residues that are unique to this variant in exon 4 contributed to this differential response In Chapter 2, we looked at the roles of divergent residues between the variants to determine whether exon 4 played a role in the observed responses. Using mutagenic studies, we showed that residues at positions 230 and 238 played a major role in NKCC2 trafficking. In addition, we found that the residues of NKCC2F at these positions had the effect of promoting carrier retention at the cell membrane In sum, our findings have allowed us to better understand the mechanisms through which NKCC2 is regulated during cell shrinkage and by the WNK kinase-dependent pathway. Our findings have also allowed us to identify a new role for exon 4 in NKCC2 trafficking. With this gain of knowledge, we have found that strategies aimed at controlling the activity of NKCC2 could be based on altering the number of transporters at the cell surface.

Le présent mémoire propose l'élaboration d'une nouvelle méthodologie de synthèse de molécules ayant un potentiel diurétique, et ciblant plus particulièrement les cotransporteurs cations-chlorures, responsables du mouvement couplé des ions sodium et/ou potassium avec celui du chlorure dans plusieurs types de cellules dont celles des néphrons. La première partie est consacrée à une description de la chimie combinatoire, aux travaux antérieurs effectués dans notre laboratoire en chimie combinatoire sur support solide et à une introduction sur les sulfamides, les médicaments diurétiques et les transporteurs membranaires du rein. Le deuxième chapitre est consacré à la synthèse, à l'analyse et aux tests d'activité biologique effectués sur les molécules synthétisées. Le troisième chapitre traite de la synthèse et de la caractérisation de molécules de départ pouvant permettre la synthèse d'une gamme de produits au potentiel diurétique possédant des groupements fonctionnels encore plus diversifiés. Finalement, le quatrième et dernier chapitre traite de nos travaux effectués dans le but de synthétiser sur support solide des molécules au potentiel diurétique dans le but d'utiliser les énormes possibilités offertes par la chimie combinatoire et la synthèse rapide en parallèle. [Synthèse combinatoire ]