Etude comparée de la régulation par le calcium de l’adressage de l’aquaporine-3 et- de l’aquaporine-2 dans les cellules épithéliales

par Yemadjro Elympe Vodouhé

Thèse de doctorat en Biochimie, biologie cellulaire et moléculaire

Sous la direction de Marc le Maire et de Jean-Marc Verbavatz.

Le président du jury était Jean-pierre Mauger.

Le jury était composé de Marc le Maire, Jean-pierre Mauger, Christine Delporte, Bela Papp, Agnès Delaunay-Moisan.

Les rapporteurs étaient Christine Delporte, Bela Papp.


  • Résumé

    Les aquaporines (AQPs) sont de petites protéines membranaires permettant le passage facilité de l’eau, du glycérol et de certains solutés à travers les membranes biologiques. Elles jouent d’importants rôles de transport transmembranaires ou transcellulaires dans diverses cellules telles que les cellules rénales, mais aussi dans les kératinocytes de l'épiderme. L’épiderme est un épithélium pluristratifié en constant renouvellement. Le calcium extracellulaire joue un rôle important dans le mécanisme de différenciation des kératinocytes.Dans ce travail, nous avons montré que la différenciation induite par le calcium de kératinocytes humains s'accompagne de l’adressage de l’aquaporine-3 (AQP3) du réticulum endoplasmique, vers les membranes plasmiques. Pour étudier la cinétique et les bases moléculaires de cette régulation, notre objectif était de produire des clones stables d'une lignée de kératinocytes humains en culture (HaCat) exprimant une AQP3 fluorescente. Malgré plusieurs tentatives, je n'ai pas pu obtenir ces clones stables. J'ai alors choisi un autre modèle de cellules épithéliales en culture; les cellules MDCK. Nous avons produit deux lignées stables de MDCK exprimant des aquaporines fluorescentes: l'AQP3-GFP et l'AQP2-mCherry. De manière intéressante, dans les cellules MDCK, l'AQP3 -GFP reproduit la régulation de son adressage par le calcium observée dans les kératinocytes humains; dans des cellules MDCK cultivées en présence de 0,15mM de Ca2+, l’AQP3-GFP est localisée dans le réticulum endoplasmique, tandis qu’à 1,5mM de Ca2+ extracellulaire, celle-ci est localisée aux membranes plasmiques. Dans les mêmes conditions, l'AQP2-mCherry conserve une localisation intracellulaire. Par des expériences de « calcium switch », nous avons étudié la cinétique du trafic cellulaire de l'AQP3 et montré que l'adressage de l’AQP3 à la membrane plasmique en réponse au calcium est lent (6h minimum) et semble dépendant non seulement de la différenciation cellulaire, mais aussi de l'établissement de la polarité cellulaire. A l’aide d’inhibiteurs de la PLC et de la PKC, nous avons montré l’implication de cette voie de signalisation, qui dépend du calcium, dans le trafic de l’AQP3. De plus, l'adressage membranaire de l'AQP3 est dépendant du cytosquelette d’actine.En conclusion, nous montrons pour la première fois une régulation du trafic intracellulaire d'une aquaporine par le calcium au cours de la différenciation et de l'établissement de la polarité cellulaire de cellules épithéliales. Cette régulation permet probablement l'hydratation de l'épiderme humain, sans remettre en cause la barrière de perméabilité que constitue la peau.

  • Titre traduit

    Comparative study of regulation by calcium of trafficking of aquaporin-3 and aquaporin-2 in epithelials cells


  • Résumé

    The aquaporins (AQPs) are small membrane proteins forming water channels and transporters for smal solutes like glycerol. The AQPs play important roles in transmembrane or transcellular transports in various cells, like kidney cells, but also in skin epidermis keratinocytes. The skin epidermis is a pluristratified epithelium, undergoing continuous renewal. Extracellular calcium plays an important role in the differentiation of keratinocytes.In this work, we demonstrate that during calcium-induced differentiation of human keratinocytes, aquaporin-3 (AQP3) is translocated from the endoplasmic reticulum to plasma membranes. In order to study the kinetics and the molecular bases of this regulation, our goal was to produce stable clones of a human keratinocyte cell line (HaCat) expressing a fluorescent AQP3. Despite several trials, i was not able to obtain such clones. Thus i pursued with another epithelial cell line: MDCK cells. We have produced two lines of MDCK cells stably expressing fluorescent AQPs: AQP3-GFP and AQP2mCherry. Interestingly in MDCK cells, AQP3-GFP reproduced the regulated intracellular trafficking observed in human keratinocytes; in MDCK cells grown in a medium containing 0.15 mM Ca2+,, AQP3-GFP was localized in the endoplasmic reticulum. After extracellular Ca2+ was raised to 1.5 mM, AQP3-GFP was seen in plasma membranes. In the same conditions, AQP2-mCherry remained intracellular throughtout the experiment. With calcium-switch experiments, when have then studied the kinetics of AQP3 trafficking. We have shown that targeting of AQP3 to plasma membranes is a slow process (at least 6h) and seems dependent not only of cell differentiation, but also on the establishment of cell polarity. Using inhibitors of PLC and PKC, we have shown the implication of this signalling pathway, which is dependent on calcium, in AQP3 trafficking. In addition we found that plasma membrane expression of AQP3 is dependent on actin cytoskeleton.In conclusion, we show for the first time a regulation of intracelluar trafficking of an aquaporin in calcium-induced differentiation and after establishment of epithelial cell polarity. This regulation likely allows human skin epidermis hydration whithout compromising the permeability barrier of skin.


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