4. RÉGULATION DE L'EXPRESSION ET DE L'ACTIVITÉ DE WNK1 ET WNK
4.1 Régulation par les apports sodés et le système Rénine Angiotensine-Aldostérone
Le transport de Na+ le long du néphron peut être modulé par la régulation de l’abondance totale, de la distribution subcellulaire ou encore de l’activité des transporteurs et canaux ioniques. L'expression totale et à la membrane apicale des cellules du DCT ainsi que la phosphorylation de NCC sont stimulées par un régime pauvre en sel et inhibées par un régime riche en sel (Kim et al., 1998; Masilamani et al., 2002; Sandberg et al., 2006). L’abondance et l’activité du co-transporteur NKCC2 localisé dans la branche large de l’anse de Henlé ne semblent pas être régulées par les modifications d’apports sodés (Masilamani et al., 2002; Yang et al., 2008).
Comme pour NCC, le niveau de phosphorylation de SPAK et OSR1 est inversement proportionnel aux apports en NaCl (Chiga et al., 2008). SPAK et OSR1 étant des cibles des kinases WNK, cela laisse supposer que les apports sodés sont capables de réguler l'abondance et/ou l’activité de L-WNK1 et WNK4. La modification de la teneur en sodium dans l’alimentation chez la souris n’a aucun effet sur le niveau d'expression des ARNm de WNK4 et de L-WNK1 dans le rein, alors qu'un régime pauvre en sodium diminue significativement le niveau d’expression transcriptionnelle de KS-WNK1 (O’Reilly et al., β006). L'abondance protéique de WNK4 ne varie pas non plus en fonction des apports sodés (Chiga et al., 2008; O’Reilly et al., β006). Les protéines L-WNK1 et KS-WNK1 n'ont pas été étudiées dans ces conditions. On peut donc supposer que l'activité de L-WNK1 et/ou WNK4, notamment via la phosphorylation de sa boucle catalytique, pourrait être modifiée par la teneur en sel de l'alimentation pour réguler SPAK, OSR1 et NCC. Cette hypothèse n'a pour l'instant pas été vérifiée in vivo.
Plusieurs hormones stimulent la réabsorption de sel dans le néphron distal en augmentant l’activité de NCC. Le système rénine-angiotensine, notamment, joue un rôle essentiel dans cette régulation.
L’administration chronique d’AngII chez le rat entraine une augmentation de l’abondance et de la phosphorylation de NCC (van der Lubbe et al., 2011). Des résultats similaires sont obtenus lors d’une administration aigue d’AngII (Nguyen et al., 2015). La forme phosphorylée de NCC n’est retrouvée qu’au niveau de la membrane apicale ce qui suggère que le trafic de NCC des vésicules subapicales à la membrane apicale est nécessaire à sa phosphorylation (Pedersen et al., 2010). Cette hypothèse a été vérifiée in vivo par
l’administration d’un inhibiteur de l’enzyme de conversion de l’angiotensine chez le rat. Ce traitement entraîne l'internalisation de NCC dans des vésicules cytoplasmiques subapicales (Sandberg et al., 2007). L’administration simultanée d’AngII permet d’inverser cet effet et entraine la redistribution apicale rapide de NCC. L’AngII est donc impliquée dans la régulation rapide du trafic de NCC.
Dans chacune des conditions d’administration de l’AngII, l’augmentation de l’expression et de l’abondance de NCC s’accompagne d’une augmentation de l’abondance et de la phosphorylation de SPAK, ce qui suggère son implication dans la phosphorylation de NCC (van der Lubbe et al., 2011; Nguyen et al., 2015). Ces résultats sont en accord avec une étude menée dans les ovocytes de Xénope montrant que l’AngII active NCC par un mécanisme dépendant de SPAK et WNK4 (San-Cristobal et al., β009). L’implication de SPAK et de WNK4 dans l’activation de NCC par l’AngII a également été démontrée in vivo, puisque l’effet activateur de l’AngII sur l’abondance et la phosphorylation de SPAK et NCC n’est pas retrouvé chez les souris WNK4-/- ou SPAK243A/243A (Castañeda-Bueno et al., 2012; Cervantes- perez et al., 2017). Des expériences de spectrométrie de masse en tandem ont permis d'identifier 4 résidus de WNK4 (Ser64, Ser1169, Ser1180 et Ser1196) dont la phosphorylation est stimulée par l'AngII in vitro (Castañeda-Bueno et al., 2017). La mutation de ces sérines en alanine abolit l'activité kinase de WNK4. Si l'abondance protéique de WNK4 n'est pas modulée par la volémie ou les apports sodés (van der Lubbe et al., 2011; Talati et al., 2010), la phosphorylation de ces 4 résidus et donc l'activité de WNK4 sont augmentées uniquement dans le DCT de souris soumises à une déplétion sodée couplée à une administration de furosémide (Castañeda-Bueno et al., 2017). La cascade de signalisation permettant la phosphorylation de ces résidus en aval de l'AngII a été caractérisée. La protéine kinase C (PKC) et la protéine kinase A (PKA), activées par l'AngII, phosphorylent les 4 sérines. Cette phosphorylation est requise pour la phosphorylation de la boucle T d’activation de WNK4 (Ser332).
On peut également supposer que l'activation de NCC par l'angII pourrait être médiée par l'aldostérone. Cette hypothèse a été infirmée par une étude qui montre que l’AngII est capable d'activer NCC chez des rats surrénalectomisés (van der Lubbe et al., 2011). Plusieurs études montrent cependant que l'aldostérone est capable d'activer NCC puisqu’une perfusion chronique d'aldostérone entraine une augmentation de l'expression et de la phosphorylation de NCC dans le rein de rat et de souris (Chiga et al., 2008; Kim et al., 1998; van der Lubbe et al., 2012). Arroyo et al. ont montré que NCC est ubiquitiné par l'ubiquitine ligase Nedd4-2, pour
une dégradation dans le protéasome. Comme je l’ai précédemment décrit, l'activité de Nedd4- 2 est inhibée par la kinase SGK1 qui est activée en réponse à l'aldostérone (Arroyo et al., 2011; McCormick et al., 2005). Il est donc possible que l’aldostérone entraine une augmentation de l’expression de SGK1 qui inhibe l’ubiquitination de NCC par Nedd4-2, entrainant ainsi une augmentation de l’expression de NCC. En accord avec cette hypothèse, un knock-out inductible et néphron spécifique de Nedd4-2 chez la souris entraîne une augmentation de l’expression de NCC (Ronzaud et al., 2013).
L'importance physiologique de la régulation de NCC par l'aldostérone a cependant été récemment remise en cause. Des études in vitro et in vivo suggéraient que le récepteur à l’aldostérone, le MR, est requis pour l'activation de NCC par l'aldostérone ou la déplétion sodée (Chiga et al., 2008; Ko et al., 2013). Les souris porteuses d'une inactivation du MR spécifiquement dans le néphron présentent une perte de sel, une hypotension et une hyperkaliémie associées à une diminution drastique de l’expression et de l’activité de NCC et ENaC (Canonica et al., 2016; Terker et al., 2016b). Cependant, des expériences complémentaires ont permis de montrer que la diminution d'expression de NCC n'est pas due à la perte du MR mais à l'hyperkaliémie consécutive à la diminution de l'expression et de l'activité de ENaC. Un troisième modèle d'inactivation aléatoire du MR montre plus directement que le MR n'est pas requis pour activer NCC lors d'une déplétion sodée (Czogalla et al., 2016). Dans ce modèle, des cellules du DCT qui expriment le MR "co-habitent" avec des cellules qui ne l'expriment plus. L'expression de NCC est similaire dans ces deux types de cellules, en conditions basales ou lors d'une déplétion sodée. Ces observations démontrent une activation de NCC indépendante du MR tandis que le récepteur est indispensable à la régulation de ENaC. Un effet direct de l’aldostérone sur NCC ne peut pas être exclu mais, s'il existe, il n'est pas médié par le MR.
SPAK, WNK4 et les isoformes de WNK1 semblent néanmoins régulées par l'aldostérone. Une perfusion chronique d'aldostérone chez le rat entraine une augmentation de l'abondance et la phosphorylation de SPAK dans le rein (van der Lubbe et al., 2012). Chez la souris, la surrénalectomie n’affecte pas le niveau d’expression transcriptionnelle de L-WNK1, KS- WNK1 et WNK4 (O’Reilly et al., β006), tandis qu’une perfusion chronique d’aldostérone stimule l’expression de KS-WNK1. L’analyse du promoteur de KS-WNK1 a permis de mettre en évidence la présence d'un élément de réponse aux glucocorticoïdes (GRE), auquel le récepteur minéralocorticoïde activé pourrait se fixer. Aucun élément de ce type n’a été identifié dans le promoteur de L-WNK1 (Delaloy et al., 2003). Il est possible que ce soit cet
élément qui induise l’activation transcriptionnelle du promoteur KS-WNK1 en réponse à l’aldostérone.
Si la perfusion chronique d'aldostérone chez la souris n’a pas d’effet sur le niveau d'ARNm de L-WNK1 et WNK4, quelques études montrent que l'abondance protéique de L-WNK1 et WNK4 ainsi que l'activité de WNK4 pourraient être modulées par l'aldostérone. In vitro, la kinase SGK1 est capable de phosphoryler WNK4 sur les résidus S1169 et S1196 (Ring et al., 2007b; Rozansky et al., 2009). Cette phosphorylation modifierait l'activité de WNK4 puisqu’un ADNc codant une protéine constitutivement phosphorylée n'est plus capable d'inhiber NCC et ROMK dans des conditions expérimentales standard ([Cl-]i élevée par rapport au DCT) (Ring et al., 2007b). La phosphorylation de WNK4 par SGK1 et ses conséquences sur l'activité de WNK4 in vivo n'ont pas encore été étudiées.
La régulation de l'abondance protéique de L-WNK1 par l’aldostérone est quant à elle modulée par Nedd4-2 et SGK1 (Roy et al., 2015). In vitro, L-WNK1 est ubiquitiné par Nedd4-2 afin d’être dégradée par le protéasome, mécanisme inhibé lorsque Nedd4-2 est phosphorylé par SGK1. In vivo, l’expression protéique de L-WNK1 augmente et n'est plus stimulée par une perfusion d’aldostérone dans un modèle de souris porteuses d'une inactivation de Nedd4-2 spécifiquement dans le néphron tandis qu’elle diminue dans un modèle murin n’exprimant pas SGK1 (Roy et al., 2015). D’autre part, L-WNK1 semble jouer un rôle essentiel dans l’activation de NCC par l’aldostérone, puisque dans un modèle cellulaire n’exprimant pas WNK1, Nedd4-2 et SGK1 ne sont pas capables de moduler NCC (Roy et al., 2015).