Study of the regulation by a GnRH analog and Mg2+ of the CFTR Cl- channel involved in cystic fibrosis

La mucoviscidose est la maladie héréditaire autosomique récessive, rare, létale, la plus fréquente dans la population caucasienne. Cette maladie est causée par des mutations du gène CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator) codant la protéine CFTR. Cette protéine est principalement un canal chlorure (Cl-) AMPc-dépendant localisé dans la membrane apicale des cellules épithéliales. La mutation F508del entraîne un défaut de maturation de la protéine qui est retenue dans le réticulum endoplasmique avant d’être dégradée. Cependant, une faible quantité de protéines malformées échappe à ce système de contrôle et parvient à la membrane plasmique.Des travaux de notre équipe ont montré une augmentation des efflux ioniques dépendants du CFTR dans des lignées cellulaires épithéliales bronchiques (CFBE41o-), exprimant le CFTR sauvage ou le CFTR muté F508del, après un traitement par une hormone: la gonadolibérine (GnRH, Gonadotropin releasing hormone, 1h, 10-9M). Cette augmentation est vraisemblablement due à un nombre plus important de canaux CFTR à la membrane plasmique.L’objectif de cette thèse a été de tester un analogue de la GnRH comme modulateur de l’exportation membranaire et/ou de l’activité canal du CFTR muté, sur des cultures primaires de cellules épithéliales nasales humaines homozygotes pour la mutation F508del. Dans un premier temps, nous avons vérifié la présence du récepteur à la GnRH (R-GnRH) dans notre modèle cellulaire. Puis, nous avons étudié l’effet de l’analogue sur la fonction du CFTR par des techniques d’électrophysiologie. Nous avons observé une augmentation des efflux d’ions Cl- médiés par le canal CFTR après un traitement à l’analogue (2h, 10-12M). Enfin, une étude protéomique nous a permis d’identifier des protéines différentiellement exprimées après traitement. Certaines protéines mises en évidence pourraient appartenir à des voies de signalisation intracellulaires ayant un rôle dans la régulation de la protéine CFTR et être des cibles thérapeutiques.Par ailleurs, le canal CFTR est régulé par le Mg2+ intracellulaire ([Mg2+]i). Le canal TRPM7 est le principal régulateur du [Mg2+]i. La [Mg2+]i a été mesurée et l’expression de TRPM7 vérifiée dans des cellules Hela transfectées avec le CFTR sauvage (wt) ou mutés (G551D et F508del). Nous avons étudié la localisation, la fonction et la régulation de TRPM7 dans nos modèles cellulaires avant de rechercher un possible lien fonctionnel entre le CFTR et TRPM7. Dans les modèles CF, l’expression, la fonction et la localisation du canal TRPM7 sont altérées. Il existerait un lien fonctionnel entre TRPM7 et le CFTR par l’intermédiaire de la diminution du [Mg2+]i impliquant TRPM7 dans la physiopathologie de la mucoviscidose.Cystic fibrosis is the most common lethal autosomal recessive disease in the Caucasian population. This disease is caused by mutations in the gene encoding the CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) protein. This protein is a cAMP-regulated chloride channel expressed at the apical membrane of epithelial cells. The F508del mutation causes a defect in CFTR protein folding preventing its maturation. Some misfolded proteins escape the control system and reach the plasma membrane.We previously showed a rise of CFTR-dependent ion efflux in wt- and F508del-CFTR human bronchial epithelial expressing cells (CFBE41o-) after incubation with GnRH (Gonadotropin releasing hormone; 1h, 10-9M). This increase was probably due to an increased cell surface expression of CFTR.The aim of the present study was to test a GnRH analog as a modulator of CFTR delivery to the plasma membrane and/or activity of CFTR on primary culture of human nasal epithelial cells (F508del/F508del).We checked the GnRH receptor expression in our model. Then, we studied the GnRH effect on CFTR’s function by electrophysiology. We found a significant increase of CFTR dependent chloride efflux in cells pretreated with analogue (2h, 10-12M). Proteomic study enabled us to identify differentially expressed proteins after treatment. Some highlighted proteins could be part of signalling pathways regulating CFTR and could be therapeutic targets.Moreover, CFTR is regulated by intracellular Mg2+ ([Mg2+]i). TRPM7 (Transient Receptor Potential Melastatin 7) is the main channel regulating [Mg2+]i. [Mg2+]i and TRPM7 expression were measured in Hela cells stably expressing wildtype and two CFTR mutants (F508del-CFTR and G551D-CFTR). We studied TRPM7 expression, function and regulation in our cell models before examining a functional link between TRPM7 and CFTR. In CF models, TRPM7 expression, localization and function are altered. There should be a functional link between TRPM7 and CFTR through the decreased [Mg2+]i involving TRPM7 in cystic fibrosis physiopathology