3. RÉGULATION DU TRANSPORT IONIQUE PAR WNK1 ET WNK
3.1 La voie WNK-SPAK/OSR
3.1.2 a SPAK est essentiel à la phosphorylation et à l’activité de NCC
Deux modèles de souris ont permis l’étude de la fonction de SPAK. Le premier modèle (souris SPAK-/-) est un knock-out global de SPAK (Grimm et al., 2012; Yang et al., 2010a). Le second modèle (souris SPAK243A/243A) consiste en l’introduction d’une mutation faux-sens dans la T-loop de SPAK (p.Thrβ4γAla) qui empêche l’activation de SPAK par les WNK. Les souris SPAK-/- et SPAK243A/243A sont viables et fertiles. Elles présentent une diminution de la pression artérielle à l’état de base (Yang et al., 2010a). Les souris SPAK243A/243A ne présentent aucune modification des niveaux d’électrolytes plasmatiques et urinaires à l’état de base, si ce n’est une légère hypomagnésémie et une légère hypocalciurie. Une restriction en Na+ entraine une hypokaliémie (Rafiqi et al., 2010). Le phénotype des souris SPAK-/- à l’état de base est plus prononcé, puisqu’elles présentent une hypokaliémie, une hypomagnésémie et une hypocalciurie (Yang et al., 2010a). Dans ces deux modèles, l’expression et la phosphorylation de NCC diminuent drastiquement (Yang et al., 2010a). Grimm et al. Ont montré que cette diminution entraine une réduction de la taille et de la surface de la partie proximale du tubule contourné distal (également appelée DCT1) chez les souris SPAK-/-, qui est compensée par une augmentation de la taille et de l’activité du CNT. Ce phénomène est également observé dans les souris porteuses d’une inactivation de NCC (Schultheis et al., 1998).
L’expression et la phosphorylation de NKCCβ diminuent chez les souris SPAK243A/243A mais augmentent dans le modèle SPAK-/-. Cette différence est probablement due à l’inhibition de OSR1 par deux isoformes plus courts de SPAK toujours présents chez les souris SPAK243A/243A mais absents chez les souris SPAK-/- (McCormick et al., 2011). Il existe en effet trois
isoformes de SPAK. L’isoforme « full-lengh » (FL-SPAK ou SPAK), qui contient l’ensemble de la séquence codante, est exprimé de manière ubiquitaire, avec une forte expression dans le cerveau, le cœur et les testicules (Rafiqi et al., 2010). Les deux autres isoformes sont dépourvus d’activité kinase. SPAK2, également exprimé de manière ubiquitaire, ne possède pas le domaine N-terminal et une partie du domaine kinase (McCormick et al., 2011; Piechotta et al., 2003; Rafiqi et al., 2010). Le troisième isoforme, Kidney-specific SPAK (KS- SPAK), ne possède pas non plus de domaine kinase et, comme son nom l’indique, est exprimé spécifiquement dans le rein. Dans le rein, les isoformes de SPAK sont exprimés de façon différentielle le long de la branche ascendante large de l’anse de Henlé (TAL), site d’expression de NKCCβ, et du DCT, site d’expression de NCC (McCormick et al., 2011). FL- SPAK est plus fortement exprimé dans le DCT que dans la TAL. Les isoformes SPAK2 et KS-SPAK sont majoritaires dans la TAL et minoritaires dans le DCT (McCormick et al., 2011).
In vitro, la phosphorylation de NKCC1 est inhibée par KS-SPAK et SPAK2 (McCormick et al., 2011; Park et al., 2013). De façon surprenante, KS-SPAK inhibe la phosphorylation de NKCC2 de façon beaucoup plus importante que SPAK2 (Park et al., 2013). Cette différence pourrait être due à la persistance de la boucle catalytique dans SPAK2 puisque sa délétion permet à SPAK2 d'inhiber NKCC2 de façon comparable à KS-SPAK. Ces études suggèrent que KS-SPAK et SPAK2 agiraient comme des inhibiteurs de FL-SPAK et OSR1 et donc de la phosphorylation de NKCC2. Chez les souris SPAK-/- (Yang et al., 2010a), l’absence de KS- SPAK et SPAK2 le long de la TAL lève l’inhibition de OSR1, entrainant ainsi une augmentation de la phosphorylation de NKCC2 sur les sites de phosphorylation de SPAK/OSR1 en compensation de la diminution de l'activité du DCT. Chez les souris SPAK243A/243A, l'inhibition de OSR1 est maintenue puisque SPAK2 et KS-SPAK sont toujours présents (Rafiqi et al., 2010).
L'inactivation globale constitutive d'OSR1 est létale au cours du développement embryonnaire en raison de défauts d’angiogenèse et de développement cardiovasculaire (Lin et al., β011; Xie et al., β01γ). L’inactivation ciblée d’OSR1 dans le néphron distal (souris KSP-OSR1-/-) cause un syndrome de Bartter caractérisé par une perte de sel, une alcalose hypokaliémique, une hypercalciurie et une diminution de la pression artérielle (Simon et al., 1996b). L’hypokaliémie causée par la réduction d’expression, de phosphorylation et d’activité de NKCCβ. L’expression de NCC est quant à elle augmentée, probablement en compensation de la diminution de l’expression de NKCCβ (Lin et al., 2011).
L'ensemble de ces données in vivo démontre que SPAK est indispensable pour la phosphorylation de NCC. Elles suggèrent également que l'absence de SPAK dans la TAL peut être compensée par OSR1 mais que ce n'est pas le cas dans le DCT. Ces résultats sont surprenants puisque, in vitro, SPAK et OSR1 peuvent activer de façon similaire NKCC2 et NCC. Une explication possible est que la localisation d’OSR1 est dépendante de SPAK spécifiquement dans le DCT. La forme phosphorylée de OSR1 est localisée majoritairement au niveau de la membrane apicale de la TAL et du DCT chez les souris contrôles (Grimm et al., 2012). L’inactivation génétique de SPAK déstabilise cette localisation apicale d’OSR1 dans le DCT mais pas dans la TAL. En effet, dans le DCT des souris SPAK-/-, OSR1 est majoritairement retrouvé dans des structures cytoplasmiques éloignées de la membrane apicale, dont la nature n’a pas été clairement déterminée et qui sont appelées « puncta » (Saritas et al., 2013). L’abolition de la localisation apicale d’OSR1 empêcherait son interaction avec NCC.
Des données obtenues chez l'Homme confirment le rôle joué par SPAK et OSR1 dans la régulation de la pression artérielle. Si aucune mutation n’a été identifiée dans les gènes codants SPAK et OSR1 chez les patients atteints de FHHt, une étude a mis en évidence une forte association entre une augmentation de la pression artérielle et des variants communs du gène STK39, codant SPAK, dans une population Amish (Wang et al., 2009). Ces résultats ont été confirmés dans des populations non-Amish Européenne et d’Asie de l’est, mais l’association n’a pas été retrouvée dans une population africaine (Xi et al., 2013). Plus récemment, une étude d’association génome entier menée sur des populations d’Asie du sud, d’Asie de l’est et d’Europe a permis d’identifier une association entre des variants communs d’OSR1 et des variations de pression artérielle (Kato et al., 2015).