The epithelium sodium channel (ENaC) is responsible for the final Na+ reabsorption in the kidney tubules. This channel can be activated by several mechanisms such as hormones, ion concentration, phospholipids, and proteases. The activation of ENaC by proteases is well characterized in vitro. Using Xenopus oocytes, it has been shown that the channel-activating protease 1 and 3 (CAP1/Prss8 and CAP3/St14) were able to activate ENaC. However, in vivo this activation has not yet been studied in the kidney. Furthermore, CAP1/Prss8 is known to have other targets like the protease receptor 2 (PAR2) in the skin. While this receptor is known to be implicated in renal K+ handling, no studies have been made on its activation in the kidney. We were thus also interested to see if CAP1/Prss8 was an activator of PAR2 in the kidney.
By using RNAscope analysis, we were first able to co-localize CAP1/Prss8 and CAP3/St14 in the same tubules with ENaC. Then, by using genetically engineered mouse models, we investigated the role of CAP1/Prss8 and CAP3/St14 in proteolytic ENaC activation and Na+/K+ homeostasis. Under low salt diet, CAP1/Prss8 tubule-specific knockout mice were able to maintain proteolytic ENaC activation through an aldosterone independent pathway, whereas CAP3/St14 tubule-specific knockout mice maintained Na+ and K+ homeostasis, but showed an altered protein expression of ENaC subunits. Surprisingly, CAP1/Prss8-CAP3/St14 tubule- specific double knockout mice rescued these phenotypes, showed no difference in ENaC protein expression, and were able to increase plasma aldosterone concentrations as in control mice. Finally, PAR2 tubule-specific knockout mice were able to maintain Na+ and K+ homeostasis and were able to increase plasma aldosterone concentration under low salt diet.
Overall, in the present study we have shown that in vivo CAP1/Prss8 and CAP3/St14 were not involved in direct ENaC proteolysis as previously described in Xenopus oocytes. Under low salt diet, CAP1/Prss8 deficiency uncoupled ENaC activation from the classical aldosterone pathway, while CAP3/St14 appears to be involved in ENaC protein synthesis. Finally, PAR2 deletion does not affect Na+ and K+ balance under low salt diet.
From a more clinical point of view, our findings could be relevant for hypertensive patients. Some patients develop hypertension with low levels of aldosterone. It would be interesting to see if some of these patients could have polymorphisms of CAP1/Prss8 and if the uncoupling of ENaC activation from aldosterone could lead to hypertension.
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Le canal sodique épithélial (ENaC) est responsable de la réabsorption finale du Na+ dans les tubules rénaux. De nombreuse voies telles que des variations de pH, les hormones ou encore les protéases peuvent activer ce canal. L’activation in vitro d’ENaC par les protéases est bien documentée. Dans le modèle d’ovocyte de xénopes, il a été montré qu’ENaC peut être activé par des protéases dites activatrices de canaux (CAP1/Prss8 et CAP3/St14). Cependant, cette activation n’a pas encore été étudiée in vivo dans le rein. De plus, CAP1/Prss8 est connu pour avoir d’autres cibles d’activation dans d’autres tissues, comme le récepteur à protéase 2 (PAR2) dans la peau. Malgré le fait que ce récepteur soit impliqué dans l’homéostasie rénale du K+, aucune étude n’a été faite sur son activation dans le rein. Nous avons donc également cherché à savoir si CAP1/Prss8 était un activateur de PAR2 dans cet organe.
Dans un premier temps, en utilisant l’analyse par RNAscope, nous avons localisé CAP1/Prss8 et CAP3&St14 dans les mêmes tubules que ENaC. Dans un second temps, en utilisant des modèles de souris génétiquement modifiées, nous avons étudié le rôle de CAP1/Prss8 et CAP3/St14 dans l'activation protéolytique d’ENaC ainsi que leur implication dans la réabsorption de Na+ et K+. Dans le cadre d'un régime faiblement salé, les souris déficientes pour CAP1/Prss8 spécifiquement dans les tubules ont été capables de maintenir l'activation protéolytique des sous unités d’ENaC par une voie indépendante de l'aldostérone. A l’inverse, les souris déficientes pour CAP3/St14 spécifiquement dans les tubules ont maintenu l'homéostasie du Na+ et du K+ tout en montrant une expression protéique altérée des sous-unités ENaC. Étonnamment, les souris doublement déficientes pour CAP1/Prss8 et CAP3/St14 ont compensé ces phénotypes, en ne montrant aucune différence dans l'expression d’ENaC au niveau protéique et ont été capables, tout comme les souris contrôles, d'augmenter les concentrations plasmatiques d'aldostérone. Finalement, les souris knockout PAR2 spécifiques des tubules ont été capables de maintenir l'homéostasie du Na+ et du K+ et d'augmenter la concentration plasmatique d'aldostérone sous un régime pauvre en sel.
En conclusion, dans la présente étude, nous avons montré que in vivo CAP1/Prss8 et CAP3/St14 n'étaient pas impliqués dans la protéolyse directe d’ENaC, comme précédemment décrit dans les ovocytes de xénopes. Sous régime faiblement salé, le knockout de CAP1/Prss8 découple l'activation d’ENaC de l’aldostérone, alors que CAP3/St14 semble être impliqué dans la synthèse protéique d’ENaC. Finalement, la délétion de PAR2 dans le rein n’affecte pas l’homéostasie du Na+ et K+ sous une diète faiblement salée. D'un point de vue plus clinique, nos résultats pourraient être pertinents dans le traitement des patients développant des signes d’hypertension avec de faibles niveaux d'aldostérone. Il serait intéressant de voir si certains de ces patients pourraient présenter des polymorphismes de CAP1/Prss8 entrainant l’activation d’ENaC par découplage de l’aldostérone.