Mutations affecting the sodium-chloride cotransporter (NCC) in the distal convoluted tubule of the nephron are causative of Gitelman'€™s syndrome (GS), a rare autosomal recessive disease characterized by electrolytic alterations similar to those induced by high dose thiazide treatment. Notably, the co-existence of hypomagnesemia and hypocalciuria is a feature of GS which is a distinguish hallmark from another hypokalemic renal tubulopathy, the Bartter'€™s syndrome (BS). Commonly GS is heterozygous compound with an estimated prevalence of 1:40000 and can be silent for years before the revealing in the early adulthood. Recognizing the genetic background is fundamental for the screening and the diagnosis of the disease, as recently studies showed that mutation affecting regulators of renal salt handling are underestimated in the general population. In a registry of BS/GS based at our University we discovered a novel point mutation (c.1204G>A which codify for an amino acid exchange G394D) in the sodium-chloride cotransporter NCC (SLC12A3) in a young woman with hypokalemia, hypomagnesemia and hypocalciuria associated to muscle pain and cramps. The present study aimed to investigate how this mutation affects NCC function by using a molecular biology approach and providing functional evidences. After a prior screening with bioinformatics tools predicting the possible pathogenicity of the mutation, were created different expression vectors with either the wild-type (wt-NCC) or the mutated G394D-NCC sequences. DNA and in-vitro transcribed RNA were afterwards transfected in a human embryonic kidney cells line (HEK293) and injected into oocytes deriving from Xenopus Laevis frog respectively. In transfected HEK 293 cells, wildtype NCC was detected by immunoblotting as two bands at approximately 130 kDa and 115 kDa corresponding to fully and core-glycosylated NCC, respectively. In contrast, G394D-NCC was seen as a single band at about 115 kDa only, suggesting an impaired maturation of the mutated protein. Similar findings were made in the oocyte expression system. Confocal microscopy on the oocytes, did also show a strong cell surface localization of wildtype NCC while mutated NCC was retained at intracellular compartments. Consistently, a decent thiazide-sensitive 22Na+ uptake into injected oocytes was only found for wildtype but not mutated NCC. Taken together all the findings in this study, a novel GS point mutation has been characterized to diminish NCC function by impairing trafficking of the protein to the cell surface. The absence of any mature glycosylation form of G394D-NCC suggests that the mutation impairs protein folding leading to a retention of NCC in the endoplasmic reticulum.

Le mutazioni che colpiscono il cotrasportatore per il sodio e cloro (NCC) nel tubulo contorto distale del nefrone, sono responsabili della sindrome di Gitelman (GS). Quest'€™ultima è una rara tubulopatia renale autosomica recessiva caratterizzata da alterazioni elettrolitiche simili a quelle indotte dal trattamento ad alte dosi con diuretici tiazidici. La co-presenza di ipomagnesemia e ipocalciuria è una delle caratteristiche di GS che la distinguono da un'altra tubulopatia renale ipokalemica, la sindrome di Bartter (BS). Generalmente, i soggetti affetti sono eterozigoti composti con una prevalenza stimata di 1 su 40000. La malattia può essere silente per anni prima di presentarsi nell'€™età  adulta. Riconoscerne la componente genetica è fondamentale per lo screening e la diagnosi. Recenti studi hanno di fatto dimostrato come le mutazioni a carico dei regolatori renali dell'€™omeostasi del sodio siano sottostimate nella popolazione generale. Nel nostro database universitario di pazienti BS/GS abbiamo riscontrato una nuova mutazione puntiforme (c.1204G>A che comporta lo scambio aminoacidico Gly394Asp) nel cotrasportatore del sodio e cloro NCC (SLC12A3) in una giovane donna con ipokaliemia, ipomagnesemia e ipocalciuria associati a dolori e crampi muscolari. Il presente studio ha lo scopo di investigare tramite un approccio biologico molecolare come questa mutazione influenzi la funzionalità  di NCC. Previo screening con softwares bioinformatici che predicono la possibile patogenicità  della mutazione, sono stati creati dei vettori di espressione contenenti le sequenze per NCC wild type e per NCC con mutazione G394D. Successivamente, le sequenze sono state trasfettate in una linea di cellule fetali umane ricombinate (HEK293) e in ovociti derivati da rane Xenopus Laevis. Nelle cellule trasfettate, l'€™immunoblotting di NCC wild-type ha dimostrato la presenza di due bande approssimativamente a 130 KDa e 115 KDa che corrispondono rispettivamente alla forma glicosilata e nativa della proteina. Al contrario, G394D-NCC presenta una sola banda a 115 KDa. Risultati simili sono stati ottenuti negli ovociti. In questi ultimi l'€™immunoistochimica ha inoltre mostrato una forte localizzazione di NCC wild-type presso la membrana, mentre NCC mutato rimane in compartimenti cellulari interni. Gli studi funzionali di uptake del sodio radioattivo (22Na+) hanno ulteriormente confermato che solo la proteina wild-type è in grado di riassorbire il sodio al contrario di G394D-NCC. I risultati di questo studio dimostrano come la nuova mutazione puntiforme inibisca la funzione di NCC a causa della diminuita capacità della proteina di raggiungere la superficie cellulare. L'assenza di una forma glicosilata matura di G394D-NCC suggerisce che la mutazione ne condizioni il folding e ne provochi la ritenzione nel reticolo endoplasmico ove vengo attivati processi di degradazione anticipata.

Molecular Characterization of A Novel Mutation In The Renal NaCl Cotransporter Causing Gitelman' s Syndrome By Impairing Transporter Trafficking / Ravarotto, Verdiana. - (2017 Jan 16).

Molecular Characterization of A Novel Mutation In The Renal NaCl Cotransporter Causing Gitelman'€™s Syndrome By Impairing Transporter Trafficking

Ravarotto, Verdiana
2017

Abstract

Mutations affecting the sodium-chloride cotransporter (NCC) in the distal convoluted tubule of the nephron are causative of Gitelman'€™s syndrome (GS), a rare autosomal recessive disease characterized by electrolytic alterations similar to those induced by high dose thiazide treatment. Notably, the co-existence of hypomagnesemia and hypocalciuria is a feature of GS which is a distinguish hallmark from another hypokalemic renal tubulopathy, the Bartter'€™s syndrome (BS). Commonly GS is heterozygous compound with an estimated prevalence of 1:40000 and can be silent for years before the revealing in the early adulthood. Recognizing the genetic background is fundamental for the screening and the diagnosis of the disease, as recently studies showed that mutation affecting regulators of renal salt handling are underestimated in the general population. In a registry of BS/GS based at our University we discovered a novel point mutation (c.1204G>A which codify for an amino acid exchange G394D) in the sodium-chloride cotransporter NCC (SLC12A3) in a young woman with hypokalemia, hypomagnesemia and hypocalciuria associated to muscle pain and cramps. The present study aimed to investigate how this mutation affects NCC function by using a molecular biology approach and providing functional evidences. After a prior screening with bioinformatics tools predicting the possible pathogenicity of the mutation, were created different expression vectors with either the wild-type (wt-NCC) or the mutated G394D-NCC sequences. DNA and in-vitro transcribed RNA were afterwards transfected in a human embryonic kidney cells line (HEK293) and injected into oocytes deriving from Xenopus Laevis frog respectively. In transfected HEK 293 cells, wildtype NCC was detected by immunoblotting as two bands at approximately 130 kDa and 115 kDa corresponding to fully and core-glycosylated NCC, respectively. In contrast, G394D-NCC was seen as a single band at about 115 kDa only, suggesting an impaired maturation of the mutated protein. Similar findings were made in the oocyte expression system. Confocal microscopy on the oocytes, did also show a strong cell surface localization of wildtype NCC while mutated NCC was retained at intracellular compartments. Consistently, a decent thiazide-sensitive 22Na+ uptake into injected oocytes was only found for wildtype but not mutated NCC. Taken together all the findings in this study, a novel GS point mutation has been characterized to diminish NCC function by impairing trafficking of the protein to the cell surface. The absence of any mature glycosylation form of G394D-NCC suggests that the mutation impairs protein folding leading to a retention of NCC in the endoplasmic reticulum.
Le mutazioni che colpiscono il cotrasportatore per il sodio e cloro (NCC) nel tubulo contorto distale del nefrone, sono responsabili della sindrome di Gitelman (GS). Quest'€™ultima è una rara tubulopatia renale autosomica recessiva caratterizzata da alterazioni elettrolitiche simili a quelle indotte dal trattamento ad alte dosi con diuretici tiazidici. La co-presenza di ipomagnesemia e ipocalciuria è una delle caratteristiche di GS che la distinguono da un'altra tubulopatia renale ipokalemica, la sindrome di Bartter (BS). Generalmente, i soggetti affetti sono eterozigoti composti con una prevalenza stimata di 1 su 40000. La malattia può essere silente per anni prima di presentarsi nell'€™età  adulta. Riconoscerne la componente genetica è fondamentale per lo screening e la diagnosi. Recenti studi hanno di fatto dimostrato come le mutazioni a carico dei regolatori renali dell'€™omeostasi del sodio siano sottostimate nella popolazione generale. Nel nostro database universitario di pazienti BS/GS abbiamo riscontrato una nuova mutazione puntiforme (c.1204G>A che comporta lo scambio aminoacidico Gly394Asp) nel cotrasportatore del sodio e cloro NCC (SLC12A3) in una giovane donna con ipokaliemia, ipomagnesemia e ipocalciuria associati a dolori e crampi muscolari. Il presente studio ha lo scopo di investigare tramite un approccio biologico molecolare come questa mutazione influenzi la funzionalità  di NCC. Previo screening con softwares bioinformatici che predicono la possibile patogenicità  della mutazione, sono stati creati dei vettori di espressione contenenti le sequenze per NCC wild type e per NCC con mutazione G394D. Successivamente, le sequenze sono state trasfettate in una linea di cellule fetali umane ricombinate (HEK293) e in ovociti derivati da rane Xenopus Laevis. Nelle cellule trasfettate, l'€™immunoblotting di NCC wild-type ha dimostrato la presenza di due bande approssimativamente a 130 KDa e 115 KDa che corrispondono rispettivamente alla forma glicosilata e nativa della proteina. Al contrario, G394D-NCC presenta una sola banda a 115 KDa. Risultati simili sono stati ottenuti negli ovociti. In questi ultimi l'€™immunoistochimica ha inoltre mostrato una forte localizzazione di NCC wild-type presso la membrana, mentre NCC mutato rimane in compartimenti cellulari interni. Gli studi funzionali di uptake del sodio radioattivo (22Na+) hanno ulteriormente confermato che solo la proteina wild-type è in grado di riassorbire il sodio al contrario di G394D-NCC. I risultati di questo studio dimostrano come la nuova mutazione puntiforme inibisca la funzione di NCC a causa della diminuita capacità della proteina di raggiungere la superficie cellulare. L'assenza di una forma glicosilata matura di G394D-NCC suggerisce che la mutazione ne condizioni il folding e ne provochi la ritenzione nel reticolo endoplasmico ove vengo attivati processi di degradazione anticipata.
gitelman syndrome sodium-chloride cotransporter mutation impaired glycosylation
Molecular Characterization of A Novel Mutation In The Renal NaCl Cotransporter Causing Gitelman' s Syndrome By Impairing Transporter Trafficking / Ravarotto, Verdiana. - (2017 Jan 16).
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