Published October 11, 2019
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Publication
Role of the Kir2.1 potassium channel in bone morphogenesis
Creators
Contributors
Others:
- Laboratoire de PhysioMédecine Moléculaire (LP2M) ; Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS) ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)
- COMUE Université Côte d'Azur (2015 - 2019)
- Saïd Bendahhou
Description
Andersen's syndrome (AS) is a complex disorder characterized by a triad of symptoms: periodic paralysis, cardiac arrhythmias, and developmental disorders (Andersen 1971). It is a rare pathology, dominant hereditary, associated with genetic mutations of the KCNJ2 gene (Plaster 2001) that encodes the inward rectifier potassium channel Kir2.1. Kir2.1 is known to play a major role in stabilizing resting cell potential and in the late phase of repolarization of cardiac action potential. Functional characterizations of these mutations were performed in vitro and ex vivo and showed the dominant negative effect of mutations on this channel. Progress has been made in understanding the roles of this channel in muscle and heart tissue (Zaritsky 2001). However, few studies have addressed the role of the Kir2.1 channel in developmental manifestations, including its role in non-excitable cells. In addition, the invalidation (KO) of the KCNJ2 gene in mice is lethal within hours of birth due to cleft palate (Zaritsky 2000, Dahal 2012). This early post-natal mortality makes in vivo studies difficult, particularly those to assess its role in adult tissues. An alternative is the use of an in vitro model involving human induced pluripotent cells (iPS) (Takahashi 2007) that are capable of being differentiated in all cell types. Dr. Bendahhou's team has previously shown that the Kir2.1 functional channel is necessary for bone formation in a model of myoblast differentiation into osteoblasts (Sacco 2015). In addition, they generated iPS from muscle biopsies of healthy individuals and AS patients (Pini 2016). We have also shown that the absence of Kir2.1 in osteoblastic and chondrocytic differentiation impacts not only matrix production but also the expression of the main genes of these two lineages (Pini 2018). In osteoblastogenesis, activity of the Bone Morphogenetic Protein (BMP) signaling pathway is decreased in AS cells (Pini 2018). My project focuses on determining the role of the Kir2.1 channel in the BMP signalling pathway in in vitro osteoblasts. To do this, I have used two cell types. Taking advantage of their differentiation capacity, I used the iPS (healthy and AS) already generated by my team, but also the iPS I have generated, to study the role of Kir2.1 in bone tissue. In parallel, I used a cell line of immortalized fetal human osteoblasts (hFOB) developed by Harris in 1995. A combination of transcriptomic and proteomic analyses, as well as immunohistochemistry, were used to investigate the role of the Kir2.1 potassium channel in key stages of bone morphogenesis.
Abstract (French)
Le syndrome d'Andersen (AS) est un trouble complexe caractérisé par une triade de symptômes: des paralysies périodiques, des arythmies cardiaques, et des troubles du développement (Andersen 1971). C'est une pathologie rare, héréditaire dominante, associée à des mutations génétiques du gène KCNJ2 (Plaster 2001) qui encode le canal potassique à rectification entrante Kir2.1. Le Kir2.1 est connu pour jouer un rôle majeur dans la stabilisation du potentiel de repos et dans la phase tardive de repolarisation du potentiel d'action cardiaque. Les caractérisations fonctionnelles de ces mutations ont été réalisées in vitro et ex vivo et ont montré l'effet dominant négatif des mutations sur ce canal. Des progrès ont été faits pour comprendre les rôles de ce canal dans les tissus musculaires et cardiaques (Zaritsky 2001). Cependant, peu d'études ont abordé le rôle du canal Kir2.1 dans les manifestations développementales et notamment son rôle dans les cellules non-excitables. De plus, l'invalidation (KO) du gène KCNJ2 chez la souris est létale quelques heures après sa naissance, due à une fente palatine (Zaritsky 2000, Dahal 2012). Cette mortalité post-natale précoce rend les études in vivo difficiles, notamment celles visant à évaluer son rôle dans les tissus adultes. Une alternative est l'utilisation d'un modèle in vitro impliquant des cellules pluripotentes induites humaines (iPS) (Takahashi 2007) qui sont capables d'être différenciées dans tous les types cellulaires. L'équipe du Dr. Bendahhou a précédemment montré que le canal fonctionnel Kir2.1 était nécessaire à la formation de l'os, dans un modèle de différentiation de myoblastes en ostéoblastes (Sacco 2015). De plus, ils ont généré des iPS à partir de biopsies musculaires de personnes saines et de patients atteints du AS (Pini 2016). Nous avons également montré que l'absence du Kir2.1 dans la différenciation ostéoblastique et chondrocytaire impactait la production de matrice mais aussi l'expression des gènes principaux de ces deux lignages (Pini 2018). Dans l'ostéoblastogenèse, l'activité́ de la voie de signalisation Bone Morphogenetic Protein (BMP) est diminuée dans les cellules AS (Pini 2018). Mon projet se focalise sur la détermination du rôle du canal Kir2.1 dans la voie de signalisation BMP dans les ostéoblastes in vitro. Pour ce faire, j'ai utilisé deux types cellulaires. En profitant de leur capacité de différenciation, j'ai utilisé les iPS (saines et AS) déjà générées par l'équipe, mais aussi des iPS générées par mes soins, afin d'étudier le rôle du Kir2.1 dans les tissus osseux. En parallèle, j'ai utilisé une lignée d'ostéoblastes humains fœtaux immortalisés (hFOB) mis au point par Harris en 1995. Une combinaison d'analyses transcriptomiques et protéomiques, ainsi que d'immunohistochimie, ont été utilisées pour déterminer le rôle du canal potassique Kir2.1 dans les étapes clés de la morphogenèse osseuse.Additional details
Identifiers
- URL
- https://theses.hal.science/tel-03000144
- URN
- urn:oai:HAL:tel-03000144v1
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- UNICA