03/01/2018

1

Transport trans-membranaire et trans-épithélial de l’eau

Frank Bienaimé

Service d’exploration fonctionnelle rénale Hôpital Necker

INSERM U1151

π extracellulaire

π intracellulaire

[H20] extracellulaire

[H20] intracellulaire

Le sens des mouvements d’eau de son gradient (électro)-chimique

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π intracellulaire

π extracellulaire π extracellulaire

π intracellulaire

Le sens des mouvements d’eau dépend du gradient des osmoles toniques

π intracellulaire

π extracellulaire π extracellulaire

π intracellulaire

Les mouvements d ’’’’eau ne se font jamais contre le gradient d ’’’’osmoles toniques

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Deux problèmes

Chute de la ππππ extracellulaire Augmentation de la π π π π extracellulaire

Maintien d ’’’’un volume cellulaire constant lorsque la π π π π extracellulaire varie

Maintien d ’’’’un bilan hydrique nul lorsque les apports varient

Osmo urinaire = 1200 mosm/K

Osmo urinaire = 60 mosm/K

Maintien d’un milieu intérieur constant

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4

Excrétion d’eau libre280

mosm/K

Solutés

60 mosm/K

Réabsorption de solutés sans eau

Réabsorption d’eau libre280

1200

600

H20

Création d’une hypertonicité interstitielle

280 mosm/K

1200 mosm/K

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200 120

Perméabilité hydrique du Néphron

280

280

Na

H2O

H2O 600

1200

Na

Na

Na

H2O

?

1200

280

600

1200

200 150

100

60

120

Na

120

Pas d’ADH = perméabilité hydrique du canal

collecteur nulle

280

600

900

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6

280

600

1200

200

H20

H20

H20

H20

280

600

1200

120120

Présence d’ADH = perméabilité hydrique du canal collecteur élevée

280

600

1200

Transport multiplicateur à contre courant

Recyclage de l’urée

+

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7

Transport multiplicateur à contre courant

Adapté de Katz, Advan Physiol Educ,1998

300

300

300

300

300

300

300

300

300

300

300

300

300

300

300

Na

Na

Na

Na

Na

Transport multiplicateur à contre courant

400

400

400

400

400

200

200

200

200

200

400

400

400

400

400

Na

Na

Na

Na

Na

H2O

H2O

H2O

H2O

H2O

300

300

300

400

400

200

200

400

400

400

400

400

400

400

400

FLOW

Na

Na

Na

Na

Na

H2O

H2O

H2O

H2O

H2O

Adapté de Katz, Advan Physiol Educ,1998

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Transport multiplicateur à contre courant

400

400

400

400

400

200

200

200

200

200

400

400

400

400

400

350

350

375

450

450

150

150

325

350

350

350

350

375

450

450

FLOW

Na

Na

Na

Na

Na

H2O

H2O

H2O

H2O

H2O

Adapté de Katz, Advan Physiol Educ,1998

Transport multiplicateur à contre courant

300

350

400

500

600

130

200

250

300

400

300

350

400

500

600

Na

Na

Na

Na

Na

H2O

H2O

H2O

H2O

H2O

Adapté de Katz, Advan Physiol Educ,1998

1. Transport actif de sodium dans le BALAH

2. Perméabilité à l’eau des segments descendants mais pas ascendants3. Perméabilité au sodium BAFAH

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Transport multiplicateur à contre courant

Recyclage de l ’’’’urée

+

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H20

H20

H20

H20

Recyclage de l’urée

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H20

H20

H20

H20

Recyclage de l’’’’urée

ADH élevée

Urée

Recyclage de l ’’’’urée

UréeUréeUrée

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Recyclage de l’’’’urée

ADH basse

Urée

Recyclage de l ’’’’urée

UréeUréeUrée

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uu

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Transport d’urée

Déterminants moléculaires de la perméabilité à l ’’’’eau ?

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lumière tubulaire

Interstitium

Trans cellulaire Paracellulaire

Transport trans-épithélial de l ’’’’eau

Voie transcellulaire : Les aquaporines

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Les aquaporines : structure

Goodman, Advances in physiology education, 2002

Les aquaporines13 gènes : AQP 0-12

Classées en fonction de leur perméabilité à l ’’’’eau ou à différents solutés

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Les aquaporines rénales

Takata, Histochem cell biol, 2008

AM : apical membrane

BL : basolatera membrane

Cyt : cytosolique

AQP2

AQP3

AQP1

Verkman, Semin Nephrol, 2008

Rein + erythrocytes, épithelium ciliaire et cristallinien, plexus choroïde, épithélium vasculaire pulmonaire

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AQP3Rein + epithelium colique, keratinocyte, erythrocytes, épithélium pulmonaire

Na/K ATPase

AQP3

Kwon, Am J Physiol Renal Physiol, 2002

Verkman, Semin Nephrol, 2008

AQP4Rein + astrocyte, ependyme,rétine, fibre musculaires, kératinocyte, cellules pariétales gastriques, épithélium pulmonaire

Ma, J Clin Invest,1997 Ma, PNAS, 2000

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AQP2Rein + épididyme

-ADH

+ADH

Tube collecteur de ratEngel, EMBO, 2000

Régulation de l ’’’’exocytose de l ’’’’Aquaporine 2

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Hormone anti-diurétique

•V1aR : largement exprimé, effets vasopresseurs

•V1bR : hypophyse et ilots pancréatiques,

favorise la libération d’ACTH et d ’’’’insuline

•V2 : rein, homéostasie hydrique, endothelium

Carence en cortisolMédicamentsPathologie pulmonaire Pathologie cérébraleDouleur

Réabsorption de l’eau (V2R)

Sécrétion vWF (V2R)

Vasoconstriction (V1aR)

SIAD SIAD SIAD SIAD eutopiqueeutopiqueeutopiqueeutopique

Sécrétion dSécrétion dSécrétion dSécrétion d’’’’ADH ADH ADH ADH adaptéeadaptéeadaptéeadaptée

SIAD SIAD SIAD SIAD ectopiqueectopiqueectopiqueectopique

HypertonicitéHypertonicitéHypertonicitéHypertonicitéHypovolémie efficace sévèreHypovolémie efficace sévèreHypovolémie efficace sévèreHypovolémie efficace sévère

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Effets rénaux de l ’’’’ADH

TonEBP

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Bases moléculaires des formes AR et AD

Inhibiteurs de la Phospho diestérase 4 : un traitement potentiel du DIN AD ?

Sohara, PNAS 2006

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Hormone anti-diurétique

•V1aR : largement exprimé, effets vasopresseurs

•V1bR : hypophyse et ilots pancréatiques, favorise la libération d ’’’’ACTH et d ’’’’insuline

•V2 : rein, homéostasie hydrique

Effets rénaux de l ’’’’ADH

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21

Morello, J Clin Invest, 2000 Bernier, J Am Soc Nephrol, 2006

Robben, Am J hysiol 2000

Antagonistes des récepteurs de l ’’’’ADH une « chaperonne » du récepteur V2…

Transport multiplicateur à contre courant

Recyclage de l ’’’’urée

+

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Genetic DIN

• 90% mutation V2R (XL)• 10% mutation AQP2 (AR>AD)

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uuuu

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H20

H20

H20

H20

Acquired DIN

• Lithium entre par ENAC pole apical > inhibition de GSK3 >?> reduction AqP2 membrane > accumulation BetaCaténine>TCF?

• Acidose> inhibe insertion AqP2 membrane• UUO > diminue expression AQP2 membrane• HYpoK et HyperCa inhibe expression AQP2

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24

Tsukita, Nat, Rev Mol Cell Biol, 2001

Voie paracellulaire: les jonctions serrées

Voie paracellulaire : les claudines

Furuse, Trends Cell Biol, 2006

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Voie paracellulaire : les claudines

Voie paracellulaire : les claudines

Claudine 2 et transport de l ’’’’eau dans le tubule proximal

Muto, PNAS, 2010

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26

Voie paracellulaire : les claudines

Imperméabilité de la branche ascendante à l ’’’’eau

Adaptation cellulaire aux variations de la tonicité du milieu extracellulaire

Chute de la ππππ extracellulaire Augmentation de la π π π π extracellulaire

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Réponse aigue à l ’’’’augmentation de la tonicité plasmatique

« Regulatory Volume Increase »

Réponse aigue à la baisse de la tonicité plasmatique

« Regulatory Volume Decrease »

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Osmoles organiques idiogèniques

Burg, Physiol review 2007

Adaptation à l ’’’’hypertonicité

Burg, Physiol review 2007

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29

Mutations d ’’’’AQP2 et DIN10% des DIN AR>AD

Diabète insipide lié à l ’’’’X90% des DIN héréditaire