Le Système Rénine Angiotensine Aldostérone. M2 Master P5-P7 Enseignement de physiologie et de physiopathologie rénale 29 novembre 202

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1 Le Système Rénine Angiotensine Aldostérone M2 Master P5-P7 Enseignement de physiologie et de physiopathologie rénale 29 novembre 202

2 Historique 1898 : Tigerstedt and Bergman Extraits aqueux de cortex de lapin induisent une HTA Identification de la rénine : Goldblatt HTA par ligature d une artère rénale Nature hormonale d origine rénale : Page, Braun-Menedez Activité enzymatique de la rénine la substance existe sous forme d un précurseur : Skeggs Isolement et séquençage de l angiotensine I (8 aa) et de son précurseur l angiotensinigène (14 aa) Angiotensine II (AngII) = forme active action «pressive» immédiate et retardée

3 Historique 1954 : Gross, Goormaghtigh et Hartroft Stockage de la rénine par les artérioles de l appareil juxtaglomérulaire du rein (fonction endocrine) relation inverse avec la charge sodée 1958 : Gross Lien direct entre le système rénine-angiotensine, l aldostérone et la balance sodée 1960 : Genest L administration d AngII augmente la sécrétion d aldostérone

4 Le système Rénine Angiotensine Aldostérone Rétention sodée Augmentation pression artérielle Baisse pression artérielle

5 La rénine La rénine, codée par le gène ren1, est synthétisée au niveau de l appareil juxta-glomérulaire. Artériole afférente du néphron Terminaisons adrénergiques Coussinet polaire Macula densa Artériole efférente du néphron Glomérule Caractéristiques de la rénine : Enzyme : Aspartylprotéase Microséquence commune Aspartate-Thréonine-Glycine Forme génique très ancienne Parasites, Homme, Plantes, Champignons

6 Régulation de la sécrétion de rénine Variation de la tension intramurale dans l artériole afférente : Augmentation de la sécrétion de rénine lorsque la pression artérielle diminue dans l artère rénale (par ex: sténose de l artère rénale) Hypovolémie Passage de la position couché à debout Modification dans la composition ionique de l urine primitive (percue au niveau de la macula densa) : Baisse de la concentration de sodium dans la lumière du tube distal Cellules de la paroi artérielle sont des barorécepteurs. Cellules de la macula densa sont des chemorécepteurs.

7 Activité de la rénine Angiotensinogen Clivage des 14 derniers acides aminés de l angiotensinogène Absence d inhibiteur naturel Deux formes circulantes : Forme immature (ou pro-rénine) inactive, circulante Forme mature (rénine) Localisation extra rénale : Foie, surrénale, rate, ovaire, œil, cellules chorioniques (prorénine) Augmentation dans le diabète et la grossesse Rôle moins bien connu Catabolisme par glycosylation hépathique (1/2 vie plasmatique: 90 secondes)

8 Dosage de la rénine Anticorps monoclonaux : Dosage de toute la rénine circulante : «active» et «inactive» Activité enzymatique : Formation quantitative d Angiotensine I à partir du substrat Evalue l «activité rénine plasmatique» Dépend de la quantité de substrat disponible (cirrhose, surconsommation ) ajout d angiotensinogène dans le substrat

9 Angiotensinogène Angiotensinogen Substrat de la rénine Glycoprotéine de 55 kda de 453 acides aminés Famille des serpines Sécrétion par le foie Seuls les 14 derniers acides aminés sont clivables par la rénine Angiotensinogène As Ar V Ty I H P Ph H L V I H N Commun Spécifique à l espèce Augmentation de la synthèse par les oestrogènes (pilule, ), les corticoïdes, lors de néphrectomie bilatérale (mécanisme?), les hormones thyroïdiennes, le stress inflammatoire Dégradation principalement rénale

10 Enzyme de conversion de l'angiotensine Angiotensinogen Métallo (Zn)-enzyme ubiquitaire de large distribution tissulaire Nombreux substrats (Bradykinine, enképhaline, SP, LH-RH ) 3 formes : Membranaire Endothélium, CMLv, épithélium Rein, cerveau, poumon Circulante Sécrétée par l endothélium vasculaire et les macrophages Testiculaire Augmentation pathologique : Cirrhose biliaire primitive, sarcoïdose Dosage : Activité enzymatique (Substrat Rx ou colorimétrique) Radioimmunologique

11 Action de l'angii

12 Récepteurs à l'angii Deux types de récepteur : AT1 et AT2 Récepteurs à 7 domaines transmembranaires couplés à des protéines G 34% d identité entre les 2 récepteurs Angiotensinogen Récepteur AT1 : Codé par le gène AGTR1 sur le chr acides aminés Récepteur AT2 : Codé par le gène AGTR2 sur le chr.x 363 acides aminés

13 Récepteurs à l'angii AT1 receptors AT2 receptors Kidney Glomeruli + Proximal tubules + Vasculature + + Medullary interstitial cells + Adrenal gland Cortex + + Medulla + + Heart Myocardium + + Ganglia + Conduction system + Brain Circumventricular organs + Thalamus + + Basal ganglia + Cerebellar cortex + + Medulla oblongata + Allen et al, AJH, 2000

14 Récepteur AT1 Rôle du récepteur AT1 dans la régulation de : la pression artérielle la balance hydro-electrolytique la soif la sécrétion hormonale les fonctions rénales Agonistes : Angiotensine II Antagonistes : de nature peptidique (saralasin) dérivées de l imidazole (losartan, candesartan )

15 Récepteur AT1 La liaison de l AngII au récepteur AT1 induit un changement de conformation, permettant l interaction avec des protéines G spécifiques. Voie de signalisation du récepteur AT1 : Phospholipase C (augmentation du Ca 2+ intracellulaire, activation PKC) Phospholipase D (PLD) Phospholipase A2 (PLA 2 ) Adenylate cyclase Canaux calciques de type L et T

16 Récepteur AT1 Voie de signalisation du récepteur AT1 : cross talk avec différentes Tyrosine Kinases (c-src, FAK, JAK), dont récepteurs à activité Tyr Kinases (EGFR, PDGF ) Activation Src de façon ROS (reactive oxygen species) dépendante Activation sérine/thréonine kinases (PKC, MAPK)

17 Régulation de l'expression du récepteur AT1 Régulation par différents stimuli : gluco et minéralocorticoïdes, insuline, IGF1, oxyde nitrique, EGF. Au niveau des cellules musculaires lisses : régulation négative par les acides trans-rétinoïques et les oestrogènes, régulation positive par la progestérone. Expression vasculaire régulé par les taux locaux de noradrénaline Modification de l expression du récepteur AT1 en condition physiopathologiques : Hypertension rénovasculaire Infarctus du myocarde Hypertrophie ventriculaire Néphrectomie bilatérale Hypercholestérolémie Sepsis

18 Antagonistes du récepteur AT1 Utilisation de dérivés imidazolés hautement spécifiques du récepteur AT1 Blocage du récepteur facilement réversible Blocage du récepteur peu réversible rôle de la vitesse de dissociation entre l antagoniste et le récepteur

19 Antagonistes du récepteur AT1 Effet d un antagoniste (losartan) du récepteur AT1 sur la réponse contractile d aortes isolées de lapin

20 Récepteur AT2 Rôle modulateur dans le développement embryonnaire, la différenciation cellulaire, la réparation tissulaire, programmation de la mort cellulaire. Peu exprimé chez l adulte (rein, poumon) Augmentation de son expression en condition pathologiques : lésions vasculaires, infarctus du myocarde, insuffisance cardiaque, insuffisance rénale, ischémie cérébrale Rôle dans la régulation de l acidose intracellulaire résultant d une lésion cellulaire Voie de signalisation : Activation de la phospholipase A2 ( acide arachidonique) activation du système de transport Na + /HCO 3 - qui régule le ph. Implication des céramides ( apoptose par activation des kinases de stress ou de caspases) Stimulation de la production de NO, aboutissant à une augmentation de la formation du second messager cgmp

21 Modes d'action de l'angiotensine II Via le récepteur AT1, l AngII favorise l élévation de la pression artérielle pa différents mécanismes : Stimulation de la vasoconstriction des artérioles (directe et indirecte, via le relargage de noradrénaline), provoquant une augmentation des résistances périphériques et le maintien de la filtration glomérulaire Hyperplasie et hypertrophie vasculaire Stimulation de la réabsorption tubulaire de sodium Sécrétion d aldostérone Stimulation de la sécrétion de vasopressine Stimulation de la sensation de soif, entrainant une augmentation de la réabsorption d eau, du volume sanguin

22 Modes d'action de l'angiotensine II

23 Modes d'action de l'angiotensine II

24 Système Rénine Angiotensine Aldostérone tissulaire Composants du système rénine angiotensine sont exprimé dans de nombreux tissus : Régulation du système cardiovasculaire (coeur, vaisseaux, rein ) Tissus non liés au contrôle cardiovasculaire (tissu reproducteur, pancréas, système gastrointestinal )

25 Système Rénine Angiotensine Aldostérone Système très ubiquitaire et phylogénétiquement très ancien Rôle important au niveau du rein Rôle important dans la régulation vasculaire : Vasomotricité Angiogénèse Rôle différent en fonction des récepteurs Importance dans la pathogénie des maladies cardiovasculaires : Hypertension artérielle Importance dans la pharmacologie : Inhibiteur de l enzyme de conversion, antagoniste du récepteur AT1

26 Régulation de la synthèse/ sécrétion d aldostérone

27 Lieu de synthèse de l aldostérone : la surrénale Adulte Longueur : 4 6 cm Épaisseur : cm Largeur : 2-3 cm Poids : 5 g Zone Glomérulée Zone Fasciculée Cortex Zone Réticulée Medulla

28 Fonctions de la surrénale

29 Voie de biosynthèse de l'aldostérone et du cortisol Cholesterol CYP11B2 Les étapes finales de la biosynthèses de l aldostérone et du cortisol mettent en jeu la présence de deux enzymes spécifiques: L aldostérone synthase codée par le gène CYP11B2 La 11 -hydroxylase codée par le gène CYP11B1

30 Voie de biosynthèse de l'aldostérone et du cortisol X ZF X ZG CYP11B1 CYP11B2

31 Voie de biosynthèse de l'aldostérone et du cortisol

32 Le cholestérol : étape limitante Dans la cellule le cholestérol peut avoir différentes origines Outside LDL receptor Inside 1 Endosome 2 Free Cholesterol ACAT HSL SRB1 1 Lipid droplet 3 1. Capture LDL (Low Density Lipoproteins) par LDL receptor. Capture des HDL (High density Lipoproteins) par SRB1 (Scavenger Receptor B1). 2. Synthese de novo de cholesterol à partir d acétate. 3. Stockage du cholesterol sous forme d ester de cholesterol dans des gouttelettes lipidiques.

33 Le cholestérol : étape limitante StAR Free cholesterol 4 p450scc StarD4 IMM 5 OMM 4. Transport du cholestérol dans la mitochondrie par les protéines StAR. 5. Capacité de chaque cellule a produire des stéroides déterminée par l expression de P450scc (cholesterol side-chain clivage enzyme). Mitochondrie

34 Régulation de la biosynthèse d'aldostérone ACTH + AVP + ANF - K + + Angiotensine II + Cellule Surrénalienne glomérulée - + Renine - Réabsorption sodée Augmentation volémie et Pression artérielle Excrétion de K Hypovolémie Fuite sodée urinaire Hypotension artérielle Régime riche en sodium Renine Aldostérone Aldostérone Aldostérone Renine

35 Régulation de l'expression de CYP11B2 Promoteur hcyp11b2

36 Régulation de la synthèse/sécrétion d'aldostérone Il existe différentes voies de régulation: Régulation endocrine par des facteurs circulants Mise en jeu du système Rénine-Angiotensine-Aldostérone Rôle du potassium Régulation paracrine Rôle des cellules chromaffines (adrénaline, noradrénaline, AVP, VIP, ACTH ) Rôle des cellules du systèmes immunitaires (IL1, IL6, sérotonine ) Régulation autocrine Facteurs de croissance (IGF, EGF, FGF, TGF ), interleukines

37 Régulation par l'angii, le potassium et l'acth sur la biosynthèse d'aldostérone

39 Régulation de la synthèse/sécrétion d'aldostérone : le système rénine-angiotensine-aldostérone - angiotensinogène rénine angiotensine 1 enzyme de conversion angiotensine 2 aldostérone rein colon glande sudoripare hippocampe cérébral coeur autres (peau, vaisseau, foie ) tissus non classiques : effecteurs? Réabsorption de sodium AVP Volémie Pression artérielle

40 Expression du récepteur dans la surrénale

41 Régulation de CYP11B2 : Action de l'angiotensine II

42 Régulation de CYP11B2 : Action de l'angiotensine II (NGFIB) (Nurr1) Augmentation de l expression de NGFIB et Nurr1 après 1h et 6h de traitement à l AngII. Translocation nucléaire de Nurr1 après 24 de traitement à l AngII. Augmentation de l expression de NGFIB et Nurr1 dès 1h de traitement à l AngII, après 4h pour CYP11B2. Translocation nucléaire de NGFIB après 24 de traitement à l AngII.

43 Régulation de CYP11B2 : Action de l'angiotensine II 6h de traitement à l AngII PD98059: inhibiteur MEK BIM1: inhibiteur PKC KN93: inhibiteur calmodulin Kinase (NGFIB) L effet de l AngII sur NGFIB est antagonisé par un inhibiteur de MEK et de PKC. 1h de traitement à l AngII (NGFIB) (Nurr1) (Nurr1) L effet de l AngII sur Nurr1 est antagonisé par un inhibiteur de MEK, de PKC et de CamK. L effet de l AngII sur Nurr1 est antagonisé par un inhibiteur de la Calmodulin Kinase L effet de l AngII sur CYP11B2 est antagonisé par un inhibiteur de MEK, de PKC et de CamK.

45 Cellules de la zone glomérulée : senseur du potassium extracellulaire L augmentation de 1 mmol/l de la concentration de K+ est suffisante pour doubler la sécrétion d aldostérone. La conductance potassique des cellules de la zone glomérulée est très haute: cellules sont polarisées. Une petite augmentation de K+ extracellulaire entraine une dépolarisation de -80mV à -70mV. Cette dépolarisation est suffisante pour activer des canaux Ca2+ de type T.

46 Régulation de la sécrétion d'aldostérone par le potassium Effet stimulant in vivo et in vitro. Réponse de l aldostérone dose-dépendante pour des concentrations de K+ entre 3.5 et 8.4 mmol/l. In vitro, réponse de l aldostérone au K+ plus forte que celle obtenue par l AngII. Effet dose-dépendant du potassium sur la production d aldostérone Effet dose-dépendant du potassium sur la concentration intracellulaire de Ca 2+

47 Régulation de CYP11B2 : action du potassium Dépolarisation de la membrane influx de Ca2+

48 Invalidation des canaux TASK chez la souris : Hyperaldostéronisme TASK1-/- (Heitzmann et al, EMBO J 2008) Phénotype GRA CamKI/IV TASK1_TASK3-/- (Davies et al, PNAS 2008) NURR1/NGFIB ATF-1/CREB NBRE-1 Ad5 CRE CYP11B2 Phénotype BAH

49 CYP11B2 TASK3 Invalidation des canaux TASK TASK3-/- (Penton, Endocrinol, 2012) Rôle de TASK 3 dans l adaptation de la sécrétion d aldostérone en réponse au sel

50 Les canaux TASK 4 domaines transmembranaires, 2 domaines formant un canal. Fonctionnel sous forme dimérique. Voltage indépendants. Inhibition par les proton extracellulaires et par les hormones qui activent des récepteurs couplés à des protéines Gq. Restent ouvert aux potentiels de membrane négatifs.

51 Rôle des canaux TASK Modèle d étude: Cellules H295R exprimant sitask1 Effet sitask1 sur la production d aldostérone en réponse à différents stimuli Effet sitask1 sur la l expression de CYP11B2 en réponse à différents stimuli

52 Rôle des canaux TASK Effet sitask1 sur la concentration intracellulaire de calcium en réponse à l AngII Modèle proposé: Fixation AngII au récepteur AT1. Blocage canaux K+ TASK1/3, accumulation de K+ dans la cellule. Dépolarisation de la cellule. Ouverture de canaux Ca2+ voltage dépendants: entrée de Ca2+ dans la cellule. Activation de CaMK. Augmentation de l expression de CYP11B2 Augmentation de la production d aldostérone.

53 Rôle des canaux TASK

54 Rôle des canaux KCNJ5

55 Rôle des canaux KCNJ5 Structure 3D et propriétés fonctionnelles du canal Kir3.4 muté

56 Rôle des canaux KCNJ5

57 Rôle des canaux KCNJ5 Production d aldostérone et mutation KCNJ5 Prolifération et mutation KCNJ5 Les mutations KCNJ5 induisent une augmentation de la production d aldostérone, mais aussi une diminution de la prolifération cellulaire

58 Rôle des canaux KCNJ5 Diminution de la prolifération cellulaire due à une augmentation de la mort cellulaire en présence de mutations KCNJ5

60 Contrôle paracrine de la sécrétion d'aldostérone

61 Contrôle paracrine de la sécrétion d'aldostérone (de : H. Lefebvre, MHDN 2000)

63 Contrôle paracrine de la sécrétion d'aldostérone : rôle de la sérotonine Dans la surrénale la sérotonine est produite par des mastocytes localisées dans les 3 couches du cortex. La sérotonine peut stimuler la production d aldostérone suggérant un contrôle paracrine sérotoninergique. L action de la sérotonine fait intervenir le récepteur 5HT 4 couplé positivement à l adénylate cyclase et à un influx de Ca 2+.

64 Contrôle paracrine de la sécrétion d'aldostérone : rôle de la sérotonine Coupe de surrénale humaine, obtenue lors de néphrectomlie élargie, périfusée. Effet du composé 48/80 sur la libération de sérotonine et d aldostérone en absence ou en présence d un antagoniste du récepteur 5HT4 à la sérotonine (GR113808). Le composé 48/80 induit une dégranulation spécifique des cellules mastocytaires, ayant pour effet une libération de sérotonine. Le GR n a pas d effet sur la libération de sérotonine mais abolit complètement l effet stimulateur du composé 48/80 sur la production d aldostérone.

65 Contrôle paracrine de la sécrétion d'aldostérone : rôle de la sérotonine Libération de sérotonine par les cellules mastocytaires. Stimulation de la production d aldostérone après liaison de la sérotonine à son récepteur (5HT 4 ) exprimé au niveau des cellules stéroidogeniques La sérotonine peut également être métabolisée par une déamination oxydative impliquant une MAO de type A exprimée par les cellules chromaffines.

67 Contrôle paracrine de la sécrétion d'aldostérone : rôle de l'interleukine 6

69 Contrôle autocrine de la sécrétion d'aldostérone Zennaro et al, Hypertension 2012

70 Régulation de la synthèse/sécrétion d'aldostérone

71 Un exemple de pathologie : L'hyperaldostéronisme primaire L hypertension artérielle: Facteur majeur de risque cardiovasculaire Touche de 10 à 40% de la population en fonction de l âge L hyperaldostéronisme primaire est la première cause d hypertension artérielle secondaire (prévalence de ~6% de tous les patients hypertendus) Sévérité cardiovasculaire associée

72 Un exemple de pathologie : L'hyperaldostéronisme primaire L hyperaldostéronisme se caractérise par: une hypertension artérielle un rapport aldostérone/rénine élevé une hypokaliémie Adénomes produisant de l aldostérone (APA ou adénome de Conn) : ~30% des cas Hypertension curable ou améliorée chirurgicalement Hyperplasie bilatérale des surrénales : ~70% des cas Hypertension traitée par des antagonistes minéralocorticoïdes

73 Un exemple de pathologie : L'hyperaldostéronisme primaire FH1 (hyperaldostéronisme suppressible par les glucocorticoïdes - GRA) Hypertension sévère Tendance à l hypokaliéme Rénine basse, aldostéronémie élevée Aldostérone diminue avec la dexaméthasone FH2 Transmission autosomique dominante Pas de crossing over CYP11B1 CYP11B2 Pas de phénotype particulier comparé aux formes sporadiques Identification d un locus en 7p22 Lifton et al, Nature Genetics, 1992 Lafferty et al. J Med Genet, 2000

74 Un exemple de pathologie : L'hyperaldostéronisme primaire FH3 Forme rare Transmission autosomique dominante Patients très jeunes Non suppressible par les glucocorticoïdes Hyperplasie bilatérale massive Identification de mutations KCNJ5 Geller et al, JCEM 2008

75 Un exemple de pathologie : L'hyperaldostéronisme primaire KCNJ5 Point mutations FHx (?) FH1 (Cyp11B2/B1) BAH Other genes? Point mutations APA FH3 (KCNJ5) LOHs? FH2 (7p22) Germinal mutations Somatic mutations in APA Zennaro & Jeunemaitre, Circ Res 2011