Régulation rénale de l’équilibre acido-basique (Maurice Bichara, DR1 INSERM)

Cellules - [HCO ] 3 pHi pHe = k . a PCO 2 Rein Poumon Foie Systêmes OH - pHi pHe = k . (7,10-7,50) (7,35-7,43) a PCO 2 H 2 O + H + H Rein Poumon Foie Systêmes tampons Transports membranaires

Charge acide métabolique Secteur Secteur extracellulaire intracellulaire CO : 15-20000 mmol/24h 2 + - + - - + 3 Na HCO 60-80 mmol/24h Na HCO H A A H : 60-80 mmol/24h 3 (H 3 PO 4 - H 2 SO 4 H-anions organiques) CO 2 H 2 CO 3 + - Na + A A - H + 60-80 mmol/24h

Charge alcaline Sels Sucres Lipides H + - anions organiques 2 O + CO Na - HCO 3 - K - anions métabolisables poumon métabolisme organiques HCO = < 5 meq chez l'homme 300 µeq chez le rat Anions organiques = 40 meq chez l'homme 2000 µeq chez le rat urine [ S cations (Na+K+Ca+Mg+NH4) - S anions (Cl+HCO3+SO4+PO4)]

Roles du rein: régulation de la concentration de bicarbonate extracellulaire 1. Réabsorption des bicarbonates filtrés, mais excrétion de la charge alcaline d’origine alimentaire (bicarbonate + sels d’anions organiques non métabolisés) 2. Excrétion de la charge acide (accompagnée de la génération de nouveaux bicarbonates): - ions H+ libres: négligeable (0.064 mmol/24h au maximum pour 2 l d’urine) - acidité titrable: acides faibles non dissociés (20 mmol/24h) - ammonium NH4+ (40 mmol/24h) : (excrétion des ions H+ des acides forts dissociés: 2NH4+-SO4--) (HPO42-- + H+ H2PO4-) NH3 + H+ NH4+ Excrétion nette d’acide: (acidité titrable + NH4+) - (HCO3- + anions organiques)

Absorption de bicarbonate (tout le long du néphron) Lumière Na+ Na+ HCO3- + H+ H+ + HCO3- Divers transporteurs Na+/H+ H+-ATPase H2CO3 H2CO3 AC AC CO2 H2O CO2 H2O (AC: anhydrase carbonique)

Formation d’acidité titrable (tout le long du néphron) Lumière 2 Na+ Na+ HPO4-- + H+ Génération nouveau bicarbonate H+ + HCO3- HCO3- Na+/H+ H+-ATPase H2CO3 AC (AC: anhydrase carbonique) Na+ H2PO4- CO2 H2O CO2

Production de NH4+ (tubule proximal) H2PO4- + NH4+ Lumière NH4+ + HCO3- H2PO4- + NH4+ Glutamine Na+/H+ NH4+ H2PO4- HCO3- Na+ Génération nouveau bicarbonate

NH4+ NH4+ Transport de HCO3- et NH4+ le long du néphron HCO3- HCO3- 75-80% HCO3- HCO3- NH4+ NH4+ HCO3- HCO3- HCO3- 15-20% Tubule proximal: - réabsorption de phosphate - transport d’anions organiques NH4+ NH4+ NH4+

Urine Cellule Sang Tubule proximal H2O H2O + + CO2 CO2 CA II CA IV H2CO3 1Na+ ATP H2CO3 NBC1 3HCO3- H+ H+ NHE3 HCO3- Na+ 3Na+ ATP 2K+ NaHCO3

Adaptation du tubule proximal à l’acidose métabolique 1. Augmentation de NHE3 apical et de NBCe1 basolatéral - pH acide: mécanisme incertain - glucocorticoïdes: transcription des gènes - angiotensine II: probablement phosphorylation des protéines 2. Augmentation d’abondance d’anhydrase carbonique 3. Adaptation du transport de phosphate et des anions organiques

Branche large ascendante de l’anse de Henle NHE1 Na+ H+ Na+ NHE3, NHE2 V. H+-ATPase Cl- AE1, AE2 (AE3) HCO3- HCO3- NBCn1 Na+ HCO3- K+ Acidose métabolique: augmentation de l’expression (ARNm et protéine) de NHE3

Sécrétion d’H+ et HCO3- dans les canaux collecteurs C. Tdist. C.I. C. TCN - C. Tdist: cellule tubulaire distale - C.TCN: cellule tubule connecteur - C.I.: cellule intercalaire a et b H+ H+ ou HCO3- C. Principale C. Intercalaires a et b H+ ou HCO3- Acidose métabolique: stimule la sécrétion d’H+ (H+-ATPase vacuolaire: nombre de C.I. a ; aldostérone) Alcalose métabolique: augmentation de la sérétion de HCO3- (nombre de C.I. b) C. Intercalaire a H+ C. Principale C. Intercalaire a H+ C. Principale

AC AC H+ Cellule Sang H+ H+ Cellule intercalaire a des canaux collecteurs Urine Cellule Sang H2O CO2 CO2 H2O AC HCO3- AC kAE1 H2CO3 H2CO3 Cl- HCO3- K+ ATP Cl- H+ H+ H+ ATP NH3

Cellule Sang HCO3- Cl- Cl- Cellule intercalaire b des canaux collecteurs Urine Cellule Sang H2O CO2 CO2 H2CO3 HCO3- ATP H+ Pendrin NH3 Cl- Cl-

Transport de NH4+: trois étapes principales I. Production et sécrétion de NH4+ NH4+ NH4+ /NH3 II. Absorption de NH4+ par la MTAL et accumulation dans la medullaire III. Sécrétion de NH4+/NH3 dans canaux collecteurs médullaires

Ammoniogénèse et sécrétion d’ammoniac dans le tubule proximal Urine Cellule Sang H+ Glutamine Gln Glu kG Mal OAA PEP NH4+ NH3 Glucose HCO3- NH3+ H+ NH4+ NH4+ Na+ H+ ATP NH3 NHE3 Mitochondrie GA GDH PEPCK ATP 3Na+ 2K+ K+ NH4+ Na+ NHE3

Adaptation à l’acidose métabolique 1. Augmentation de production de NH4+ par augmentation des ARNm: Phosphoenolpyruvate carboxykinase: le pH acide augmente la transcription Glutaminase mitochondriale: le pH acide augmente la stabilité de l’ARNm (role de la protéine z-crystallin/NADPH: quinone reductase) Role important des glucocorticoïdes qui stimulent la transcription de ces gènes. 2. Augmentation de NHE3 apical

Stabilisation de l’ARNm de la glutaminase par z-crystallin/NADPH:quinone reductase Etat acid-base normal UUAAAAUA GA mRNA 3’ UTR z-crystallin RNase dégradation Pas de liaison Acidose métabolique pH acide UUAAAAUA GA mRNA 3’ UTR z-crystallin liaison augmentation 1/2 vie

II. Absorption de NH4+ par la MTAL et accumulation dans la médullaire

Mécanismes de transport de NH4+ dans la MTAL Urine Cellule Sang NH4+ 3Na+ K+ ATP 2K+ (NH4+) Cl- NH4+ KCC4 K+ NH4+ Na+ NH4+ (H+) NHE1 Na+ 2Cl- NH4+ (K+) BSC1 Na+ NH4+ NHE3

Adaptation de la MTAL à l’acidose métabolique Augmentation de l’expression du cotransporteur Na+-K+(NH4+)-2Cl- (BSC1/NKCC2) : - le pH acide augmente la stabilité de l’ARNm: role de la protéine z-crystallin/NADPH: quinone reductase - role des glucocorticoïdes

III. Sécrétion de NH4+/NH3 dans canaux collecteurs médullaires

Transport de NH4+/NH3 dans les canaux collecteurs médullaires Urine Cell Blood ATP 3Na+ NH4+ Na+ 2 Cl- NKCC1 NH4+ ? NH3 NH4+ H+ + Acidose métabolique: stimule la H+-ATPase vacuolaire et l’expression du NKCC1 H+ ATP K+ NH4+ NH3 Rôle des RhC- et RhB-Glycoproteines ?

Transport d’ammoniac par les protéines Amt/MEP/Rh (S. Khademi et al. Science 305:1587-1594, 2004) Un pH élevé facilite la dissociation de NH4+ Un pH bas facilite la formation de NH4+ AmtB est un canal NH3 NH4+ Am1 Am2 Am3 K+ ATP-ase H+ NH3 pKa < 6 Membrane NH4+ H+ NH3 (N. Bakouh et al. J. Biol. Chem. 279:15975-15983, 2004)

D. Eladari et al. , and F. Quentin et al. J. Am. Soc. Nephrol C.I. C. TCN RhCG RhBG C. Principale C. Intercalaire Cortex C. Intercalaire a C. Principale Medullaire RhCG and RhBG: - régulent les activités d’autres transporteurs d’H+ et HCO3- - pourraient contribuer à la sécrétion de NH3 couplée à la sécrétion d’H+