Estrogen Regulation of the Potassium Channel KCNQ1 : KCNE3 in colonic epithelium.

par Raphaël Rapetti-Mauss

Thèse de doctorat en Biologie Santé

Sous la direction de Brian J. Harvey et de Valérie Urbach.

Le jury était composé de Elaine Kay, Patrice Mollard.

Les rapporteurs étaient Elias Castanas, Jacques Barhanin.

  • Titre traduit

    Régulation du canal KCNQ1 : KCNE3 par l'oestrogène dans l'épithélium de côlon.


  • Résumé

    Contexte: KCNQ1: KCNE3 joue un rôle essentiel dans le mécanisme de sécrétion du Cl- dans le côlon distal. Ce canal K+ génère la force électromotrice nécessaire à la sécrétion apicale de Cl- par le recyclage basolatéral de K+. Il a précédemment été démontré que l'hormone stéroïde œstrogène (17β-œstradiol, E2) induit, spécifiquement chez la femelle un effet anti-sécrétoire dans les cryptes de côlon de rat via l'inhibition de KCNQ1:KCNE3. Cette thèse a pour but de déterminer les mécanismes moléculaires mise en jeu dans la régulation des fonctions du canal KCNQ1 par l'œstrogène, en particulier dans la sécrétion de Cl-, la prolifération et la migration des colonocytes. Cette thèse met en évidence la régulation de l'activité de KCNQ1 par l'œstrogène via l'endocytose et la dissociation du canal. Méthodes : Des cryptes isolées de côlon de rats ainsi que la lignée cellulaire HT29cl.19A ont été utilisées pour étudier les effets de l'œstrogène sur la sécrétion de Cl- et les fonctions du canal KCNQ1. Pour cela des techniques d'électrophysiologie, de biologie cellulaire et moléculaire ainsi que d'imagerie ont été utilisées. Résultats: Nous avons montré que l'œstrogène induit une rapide réduction de la sécrétion de Cl- et du courant KCNQ1; cette inhibition est maintenue au moins 2 heures. Nous avons aussi démontré que l'œstrogène induit une rapide internalisation du canal par la voie de signalisation suivante : PKCδ-AMPK-Nedd4.2. L'internalisation du canal est suivie d'un recyclage à la membrane qui présente un mécanisme bi-phasique; une phase rapide impliquant Rab4 et une phase plus lente via Rab11. L'œstrogène induit également une dissociation entre KCNQ1 et KCNE3 conduisant à la diminution de la conductance du canal. La thèse a également démontré le rôle de KCNQ1 dans la modulation de la migration des colonocytes induite par l'œstrogène. Conclusion : L'étude établit le rôle de l'œstrogène dans la régulation de la sécrétion d'électrolytes par la modulation de la densité de KCNQ1 à la membrane plasmique et la stabilité du complexe KCNQ1:KCNE3. Ici, est révélé un nouveau rôle pour KCNQ1 dans la modulation de la migration des colonocytes par l'œstrogène. Ainsi, l'œstrogène joue un rôle important dans l'homéostasie des cryptes de côlon par la régulation du taux de migration et de sécrétion des colonocytes.


  • Résumé

    Background : The KCNQ1:KCNE3 K+ channel is an essential component of the Cl- secretion machinery in the distal colon. This channel provides the driving force for apical Cl- secretion by basolateral recycling of K+. The steroid hormone estrogen (17β-estradiol, E2) has previously been reported to exert a female specific anti-secretory response in colonic crypts through the inhibition of the KCNQ1: KCNE3 channel. The purpose of this study was to uncover and describe molecular mechanisms of estrogen regulation of KCNQ1 channel function and its consequences for intestinal Cl- secretion, colonocyte proliferation and migration. The thesis reveals a novel estrogen regulation of KCNQ1:KCNE3 activity by channel endocytosis and complex dissociation. Methods : Isolated rat colonic crypts as well as the colonic cell line HT29cl19A (HT29) were used to investigate estrogen effects on Cl- secretion and KCNQ1 channel function using a combination of electrophysiological, cellular and molecular biology and imaging techniques. Results : The forskolin-stimulated Cl- secretion and KCNQ1 current in rat colon and HT29 epithelia were rapidly reduced following estrogen treatment (10nM) and remained inhibited over 2 hours after estrogen exposure. Our findings revealed a rapid estrogen-promoted retrieval of KCNQ1 from the plasma membrane via a PKCδ-AMPK-Nedd4 .2 signaling pathway, followed by the recycling of the channel. The mechanism underlying recycling was biphasic; a rapid recycling phase mediated by Rab4 and a slow recycling phase mediated by Rab11. Estrogen also causes dissociation of the KCNQ1:KCNE3 channel complex resulting in collapse of the K+ channel conductance and Cl- secretion. The thesis also demonstrated that KCNQ1 plays a role in E2-modulated colonocyte migration. Conclusion : This study establishes a role for estrogen in the regulation of colonic electrolyte secretion via modulation of KCNQ1 cell membrane surface abundance and KCNQ1:KCNE3 complex formation. Here, we highlighted a new role of KCNQ1 in colonocyte migration which is also modulated by estrogen through KCNQ1. Thus, estrogen plays an important role in colonic crypt homeostasis by regulating colonocyte secretion and migration rate.


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