Physiologie du transport tubulaire rénal de calcium et régulation de la

calcémie

Déterminants immédiats de la calcémie

Serum calcium concentration (mM)

Calcium flux

EC

F

u

rin

e

Bone ECF

2.30

150

0

Serum PTHconcentration(pg/ml)

100

50

Déterminants immédiats de la calcémie

Serum calcium concentration (mM)

Calcium flux

EC

F

u

rin

e

Bone ECF

2.30

150

0

Serum PTHconcentration(pg/ml)

100

50

Serum calcium concentration (mM)

Calcium flux

EC

F

u

rin

e

Bone ECF

2.30

150

0

Serum PTHconcentration(pg/ml)

100

50

Bone ECF

Relation entre les entrées nettes de Ca et la calcémie (sujets normaux)

1.15

1.2

1.25

1.3

1.35

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06

UCaV/DFG, µmol/ml FG

y = 0.903x + 1.226 r2 = 0.121

Rôle du rein dans le déterminisme des hypercalcémies

0

10

20

30

40

1.2 1.4 1.6 1.8 2Serum ionized calcium, mM

Extraparathyroid hypercalcemia

Primary HPT

uC

aV

/GF

R µ

mo

l/d

l g

lom

eru

lar

filt

rate

Séc

réti

on d

e P

TH

(%

de

la s

up

pre

ssio

n m

axim

ale)

0

50

75

100

A

D

B

1,05 CE 1,30

Concentration sérique de Ca ionisé (mM)

Figure 4

Récepteur sensible au calcium CaSR

H2N

PPP

COOH

Int

560

20 40

80 60100

120 140

160180200

220 240

260280300

320 340

360380400

420 440

460480500

520 540

580

600

606

852

860880

P

990900 920

940960

980 1000 1020

10401060

Ext

1078

Inactivating mutations inFHH and NSHPT

Activating mutations in ADH

The calcium-sensing receptor belongs to family 3 GPCRs

S147

D190

S170

Q193E297S296

F270

Y218

LB

LB1

LB2

LB1

LB2

LB1

LB2

LB1

Ca2+

Mg2+?L-amino acids?

Allostericmodulators

Kunishima N. et al., Nature, 2000

LB2

LB1

CRD

Family 3 GPCRs

Ca2+

Gq PLC PIP2

DG IP3

PKC PLA2 Ca2+

Ca2+

Ca2+

GiAC

cAMP

ATP

Ext

Int

LB2

LB1Ca2+

Mg2+?L-Amino acids? Allosteric

modulators

CRD

Endoplasmicréticulum

Profils biologiques des souris Casr+/+, Casr+/-, Casr-/-

Casr+/+ Casr+/- Casr-/-

Serum totalCa

9.6±0.3 10.4±0.6 14.8±1.0

Serum ionizedCa

1.2±0.1 1.4±0.0 NA

Serum PTH 25±6.4 39.1±14.7 129.1±90.6

Serum totalMg

2.43±0.24 2.74±0.53 2.85±0.59

Urine Ca 20.2±9.6 11.7±9.3 10.5±7.7

Body weight 13.0±1.5 12.4±1.1 3.51±1.8

Sites d'expression de CaSR

• Parathyroïde

• Cellules C de la thyroïde

• Rein (médullaire > corticale)

• Cerveau

• Cellules G antrales, epithélium de l'intestin grêle et du colon, plexus myentériques

• Cellules épithéliales du cristallin

100

80

60

40

20

0% F

ilter

ed c

alci

um lo

ad re

mai

ning

Ca

Mg

Mutations du Gène CaSR et hypercalciurie

?

Hypercalcémie familiale bénigne

• Maladie autosomique dominante à pénétrance totale

• Hypercalcémie "asymptomatique" apparaissant dès la naissance

• Concentration de PTH sérique normale, inappropriée

• Calciurie normale ou basse

• Magnésémie normale

Adapted from Pearce, 1996

0

0.25

0.5

0.75

1

No

rmal

ized

res

po

nse

0 5 10 15 20

Ca (mM)

R227L

WT

Hyperparathyroïdie primitive néonatale sévère

• Habituellement autosomique récessive

• Hypercalcémie néonatale sévère– retard de croissance– déshydratation extracellulaire

• Concentration sérique de PTH élevée

• Déminéralisation osseuse sévère– déformations de la cage thoracique– fractures multiples– détresse respiratoire

Hypocalcémie autosomique dominante

• Hypocalcémie précoce, symptomatique ou asymptomatique

• Concentration sérique de PTH normale, inappropriée

• Calciurie normale ou élevée

• Magnésémie basse

Adapted from Pearce, 1996

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1N

orm

aliz

ed r

esp

on

se

0

2.5 5

7.5 10

Ca (mM)

F128L

WT

100

80

60

40

20

0% F

ilter

ed c

alci

um lo

ad re

mai

ning

Ca

Mg

Mutations du Gène CaSR et hypercalciurie

?

Yamamoto et al, JCEM, 2000

Table 1. Clinical laboratory data of patient 1

7 yr 9 yr Normal Values--------------------------------------- --------------- ----------- ---

Plasma

potassium 2.5 to 3.4 2.9 to 3.0 3.5 to 4.7 mmol/L

calcium 1.5 to 1.8 1.7 to 2.16 2.25 to 2.65 mmol/L

magnesium 0.5 to 0.63 0.59 to 0.67 0.75 to 0.96 mmol/L

bicarbonate 27 to 32 30.2 to 30.4 23 to 28 mmol/L

creatinine 50 60 30 to 90 µmol/L

renin 158 113 6.5 to 80 pg/ml

aldosterone ND 56 4 to 40 ng/dl

PTH 6 Undetectable 10 to 65 pg /ml

Urine

calcium 2.4 to 2.6c 1.44 to 1.7 <0.3 mmol/mmol of creatininemagnesium 0.8 1.8 to 2 <0.4 mmol/mmol of creatininesodium 53 10.7 <1.6 mmol/mmol of creatininefractional excretion of16.5 to 26.7e 17.5 to 21.6e2.15 to 15.9 %K (FEK)osmolality after nasalND 460 >800 mOsm/kgdDAVP

Expression hétérologue du CaSR

Vargas-Poussou, JASN, 2002

Hormone parathyroïdienne

Structure de l ’hormone parathyroïdienne

Pré-séquence

- 31- 20- 10

NH2

(1)(2)

- 6

- 1

Pro- séquence

(3)

Gly AlaLysAsp Sar Arg Ala Leu Phe Cys Ile Ala Leu Met Val Ile Met Val Lys Val Met Asp Sar Met MetLys

Sar

Val

Ala

Arg

Lys

Lys

Val

PheGinIleGlu

Sar

MetLys

Leu

LysArgLeuTrpGluValArgGluMetSarLeuHis SarLysGlyLeuAsnHis

Phe

Asp

Ala

Gin

Asp

Val

His

ValLeuAla GlyIle SarAlaTyrAspSarGin ArgGlySar

1

Séquence biologiquement active

10 20

30

Séquence fragment C-terminal

Lys GinProVal Leu IleVal AlaAsp LysAsp Lys AlaAla AspLeu Gly GluSar

ArgPro

SarHis

Gin

Lys Lys Arg

Asp

Val

Asn

Glu

Leu

Val

Glu

Lys

4050

60

70 80

(4)

C

O

OH

Figure 3

Synthèse et sécrétion

PrcurseurARNm AAA

AAANUCLEUS

ARNm

ADN

Gne de la PTH

Pr

AA

A

AA

A

pr proPTH

pro PTH

Reticulum endoplasmique

pro PTH

Appareil de Golgi

PTHGranule de sécrétion

PTH

Schma illustrant les squences de la biosynthse de la PTH dans la cellule parathyro•dienne.

Figure 2

Localisation des récepteurs de l ’hormone parathyroïdienne

• Rein• Os (ostéoblastes)• Cœur• Foie• Testicule• Peau• Poumon• Cervelet

Transport tubulaire rénal de calcium

100

80

60

40

20

0% F

ilter

ed c

alci

um

load

rem

ain

ing

Ca

Mg

Nephron segment Resistance (Ohm.cm 2)

Calciumpermeability

(x 10 -5 cm.s-1 )

Proximal convolutedtubule

6-15 15.4-25.5

Proximal straighttubule

9 2.4-4.0

Medullary thickascending limb

1.4-3.6

Cortical thickascending limb

25-34 0.4-3.6

Distal convolutedtubule

150-380

Connecting tubule 31-40 5.4Cortical collecting

duct90-120 0.014

Transepithelial electrical resistance and calcium permeabilities

H+

Na+

NHE3

H+

Na+

NHE3

Anion

Cl-

CFX

Lumen

Ca++, Mg++

Proximal convoluted and straight tubule

Claudin-2

Na+

K+

Cl-

K+

Ca++, Mg++

Lumen

+ -

Thick ascending limb of the loop of Henle

BSC1

Relation entre le voltage transépithélial et le flux net de transport de calcium dans la

BAL

ATP

Na+

2Cl-

K+

K+Cl-

3Na+

2K+

Lumière

BSC1

ROMK CLC-Kb

Ca, Mg

PCLN-1

Modéle de transport de NaCl dans la branche large ascendante de l'anse de Henle

+ -

HHFtémoins

0

5

10

15

20

UV/DFGmmol/l FG

Na+

0

0,1

Ca++

basal furo0

0,1

0,2

Mg++

0

10

Cl-

20

basal furo basal furo

basal furo

Na+K+2 Cl-

3 Na+

2 K+

Cl-K+

Ca++

Mg++

Na+K+2 Cl-

3 Na+

2 K+

Cl-K+

?

+ -

Paracelline-1

Chang, Q. et al. J. Biol. Chem. 2004;279:54304-54311

Mapping of assembly domains in TRPV5

Chang, Q. et al. J. Biol. Chem. 2004;279:54304-54311

Functional analysis of TRPV5 channel assembly

Regulation hormonale du transport tubulaire de calcium

Paracellular pathway permeability is regulated by parathyroid hormone

0

0.25

0.5

0.75

1

+ PTH + PTH

Ca

Mg

Adapted from Wittner et al, 1993

Copyright ©2000 American Physiological Society

Hoenderop, J. G. J. et al. Am J Physiol Renal Physiol 278: F352-F360 2000

La PTH stimule le transport de calcium dans le tubule distal

Vitamine D et métabolites

Biosynthèse et actions de la vitamine D

Effets cellulaires de la vitamine D

Facteurs non hormonaux contrôlant le transport tubulaire rénal de

calcium

Klotho colocalise avec TRPV5

Âge

High Na intake increases urinary Ca excretion

High Na intake

Increased ECF volume

Decreased proximalNa and Ca

absorptions

J Lemann, Jr, 1992

Thiazides reduce urinary calcium excretion through a decrease in ECF

volume

T Nijenhuis et al, JCI, 2005

Effets des diurétiques thiazidiques sur les transporteurs du néphron distal

7 male patients with Dent syndrome (CLNC5 defect)

A. Blanchard, unpublished results.

Ncc inactivation is associated with an increased bone mineral density

Humans Mice

L. Nicolet-Barousse et al, JBMR, 2005

High dietary protein intake increases

urinary Ca excretion

ECFCa

Hypercalciuria

Increased bone resorption

Decreased tubular Ca reabsorption

Increased animal protein intake :Increased acid load

J Lemann, Jr, 1992

Metabolic acidosis induces an increase in urinary calcium excretion

Acute Chronic

P. Houillier et al, Kidney Int, 1996 J. Lemann Jr et al, N Engl J Med, 1979

UC

aV

,µ

mol/m

in

Filt

ere

d load

of

Ca,

µm

ol/m

in

Acid load

Metabolic acidosis induces a negative calcium balance

Sebastian et al, N Eng J Med, 1994J Lemann et al, J Clin Invest, 1966

• From: Houillier et al,Kidney Int., 1996

• From: Houillier et al,Kidney Int., 1996