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Effect of TIP peptides on the cell surface abundance of ENaC PHA1B-causing frameshift mutants

Wagner, Alina (2018) Effect of TIP peptides on the cell surface abundance of ENaC PHA1B-causing frameshift mutants.
Diplomarbeit, University of Vienna. Fakultät für Lebenswissenschaften
BetreuerIn: Lemmens-Grube, Rosa

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DOI: 10.25365/thesis.54719
URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-20061.26860.748552-0

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Abstract in English

The epithelial sodium channel (ENaC), particularly in the kidney, is crucial for the sodium and water balance of the whole body. The reabsorption of sodium and water in the distal nephron is regulated by aldosterone through mineralocorticoid receptor-associated (MCR) changes in the transcription of the Na+/K+-ATPase and the α-subunit of the epithelial sodium channel. A loss-of-function of ENaC leads to different hereditary diseases due to its wide tissue distribution such as colon, kidney, alveoli, salivary glands and sweat glands. One of these channelopathies is pseudohypoaldosteronism type 1B (PHA1B), a very rare, salt-wasting disease characterized by symptoms like dehydration, hypotension, vomiting, metabolic acidosis and failure to thrive. Its manifestation persists into adulthood and patients affected by this disease need a lifelong medical treatment which so far has only been symptomatic. Although these symptoms are typical of hypoaldosteronism, the aldosterone and renin levels are elevated. The activity of the epithelial sodium channel is regulated by its presence in the cell membrane and its open probability. The cyclic peptides AP301 (INN: solnatide) and AP318, which mimic the lectin-like domain (TIP) of TNF-α, have been shown to increase the amiloride-sensitive sodium current of loss-of-function phenotype ENaC. The aim of my thesis was to investigate if these synthetic TIP-peptides alter the cell surface expression of the frameshift mutants αY447fs, αR438fs, αS243fs, αP197fs, γV543fs despite their lacking carboxy terminus, which has previously been reported of being one site of interaction of the TIP-domain with ENaC. Although these mutations lead to a loss-of-function, the cell surface expression of these mutants in the α-subunit was always higher than wild type ENaC. But still, after the treatment with the TIP-peptides the cell surface abundance varied a lot, and mostly only a transient increase in the cell surface abundance was indicated. The effect on the γ-mutant, regarding the cell surface expression as well as the amiloride-sensitive sodium current, indicated a complete loss-of-function of this mutant. Nevertheless patch-clamp experiments on these loss-of-function mutations in the α-subunit were promising and showed a restoration of the channel function. Therefore, one can deduce that the restoration of ENaC function is above all due to a higher open probability and not because of a higher cell surface expression. The activity of loss-of-function phenotype ENaC can be restored, hence AP301 and AP318 are promising substances for the treatment of PHA1B.

Schlagwörter in Englisch

amiloride-sensitive epithelial sodium channel (ENaC) / TIP peptides / solnatide (AP301) / AP318 / lectin-like domain of tumor necrosis factor (TNF) / pseudohypoaldosteronism type 1B (PHA1B) / Western blot

Abstract in German

Der epitheliale Natriumkanal (ENaC), vor allem in der Niere, ist entscheidend für die Balance des Natrium- und Wasserhaushalts im ganzen Körper. Die Rückresorption von Natrium und Wasser im distalen Nephron wird von Aldosteron durch mineralkortikoidrezeptor-abhängige Veränderungen in der Transkriptionsrate der Na+/K+-ATPase und der α-Untereinheit des ENaCs reguliert. Ein Funktionsverlust des ENaC führt zu unterschiedlichen Erbkrankheiten. Eine dieser ist Pseudohypoaldosteronismus Typ 1B (PHA1B), eine sehr seltene, einen Salzverlust hervorrufende Krankheit, die durch Symptome wie Dehydration, Hypotonie, Erbrechen, metabolische Azidose und Gedeihstörungen gekennzeichnet ist. Ihre Manifestation bleibt bis ins Erwachsenenalter bestehen und Patienten, die von dieser Krankheit betroffen sind, benötigen lebenslange medizinische Behandlung, welche bis jetzt nur symptomatisch erfolgt ist. Obwohl die Symptome typisch für Hypoaldosteronismus sind, sind die Aldosteron- und Reninwerte erhöht. Die Aktivität vom ENaC wird durch die Anzahl der Kanäle in der Zellmembran und deren Öffnungswahrscheinlichkeit reguliert. Die zyklischen Peptide AP301 (Solnatid) und AP318, welche die lektin-ähnliche Domäne (TIP) von TNF-α nachahmen, zeigten eine Erhöhung des Amilorid-sensitiven Natriumstroms von Loss-of-Function ENaC-Mutationen. Meine Arbeit zielte darauf ab, die Veränderungen der Oberflächenexpression der Frameshift-Mutanten αY447fs, αR438fs, αS243fs, αP197fs, γV543fs zu beobachten, welche keinen Carboxy-Terminus aufweisen. In früheren Studien wurde dieser als eine der Bindungsstellen der TIP-Peptide mit ENaC beschrieben. Obwohl diese Mutationen zu einem Funktionsverlust führen, war die Oberflächenexpression der α-Mutanten höher als die des Wildtyps. Dennoch variierte die Menge der Kanäle in der Zellmembran nach der Behandlung mit den TIP-Peptiden sehr. Meist war auch nur eine transiente Erhöhung der Oberflächenexpression zu sehen. Der Effekt auf die Oberflächenexpression als auch den Amilorid-sensitiven Natriumstrom der γ-Mutante wies auf einen kompletten Funktionsverlust dieser hin. Nichtsdestotrotz waren Patch-Clamp-Versuche an den α-Mutanten vielversprechend und zeigten eine Wiederherstellung der Kanalfunktion. Folglich kann daraus abgeleitet werden, dass die Wiederherstellung der ENaC-Funktion vor allem auf einer erhöhten Öffnungswahrscheinlichkeit und nicht auf einer erhöhten Oberflächenexpression der einzelnen Kanäle beruht. Da die Aktivität von Loss-of-Function ENaC-Mutationen wiederhergestellt werden konnte, können AP301 und AP318 als vielversprechende Substanzen zur Behandlung von PHA1B gesehen werden.

Schlagwörter in Deutsch

Epithelialer Natriumkanal (ENaC) / TIP-Peptide / Solnatid (AP301) / AP318 / Lektin-ähnliche Domäne von Tumornekrosefaktor (TNF) / Pseudohypoaldosteroismus Typ 1B (PHA1B) / Western Blot

Item Type: Hochschulschrift (Diplomarbeit)
Author: Wagner, Alina
Title: Effect of TIP peptides on the cell surface abundance of ENaC PHA1B-causing frameshift mutants
Umfangsangabe: 75 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Institution: University of Vienna
Faculty: Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw.
Universitätslehrgang (ULG):
Diplomstudium Pharmazie
Publication year: 2018
Language: eng ... Englisch
Supervisor: Lemmens-Grube, Rosa
MitbetreuerIn: Aufy, Mohammed
Assessor: Lemmens-Gruber, Rosa
Classification: 44 Medizin > 44.38 Pharmakologie
44 Medizin > 44.48 Medizinische Genetik
44 Medizin > 44.88 Urologie, Nephrologie
44 Medizin > 44.40 Pharmazie, Pharmazeutika
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie
42 Biologie > 42.15 Zellbiologie
AC Number: AC15207298
Item ID: 54719
(Das PDF-Layout ist ident mit der Druckausgabe der Hochschulschrift.)

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