Nabłonkowy kanał sodowy - Epithelial sodium channel
| Kanał sodowy wrażliwy na amiloryd | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Struktura ludzkiej ENaC.
| |||||||||||
| Identyfikatory | |||||||||||
| Symbol | ASC | ||||||||||
| Pfam | PF00858 | ||||||||||
| InterPro | IPR001873 | ||||||||||
| PROSITE | PDOC00926 | ||||||||||
| SCOP2 | 6BQN / zakres / SUPFAM | ||||||||||
| TCDB | 1.A.6 | ||||||||||
| Nadrodzina OPM | 181 | ||||||||||
| Białko OPM | 4fz1 | ||||||||||
| |||||||||||
Nabłonkowego kanału sodowego (krótko: ENaC również: wrażliwego na amiloryd kanał sodowy ) jest związany z błoną kanału jonowego , który jest selektywnie przepuszczalna dla jonów o sodu ( Na+
) i jest złożony jako heterotrimer złożony z trzech homologicznych podjednostek α lub δ, β i γ. Podjednostki te są kodowane przez cztery geny: SCNN1A , SCNN1B , SCNN1G i SCNN1D . Jest to związane głównie w reabsorpcji jonów sodu na zbieranie przewodów z nerki 'S nefronów . Oprócz udziału w chorobach, w których zaburzona jest równowaga płynów w błonach nabłonkowych, w tym obrzęku płuc, mukowiscydozie, POChP i COVID-19, proteolizowane formy ENaC działają jako ludzki receptor smaku soli.
Błony szczytowe wielu ciasnych nabłonków zawierają kanały sodowe, które charakteryzują się przede wszystkim wysokim powinowactwem do amilorydu, blokera moczopędnego . Kanały te pośredniczą w pierwszym etapie aktywnej reabsorpcji sodu, niezbędnej do utrzymania homeostazy soli i wody w organizmie. U kręgowców kanały kontrolują wchłanianie zwrotne sodu w nerkach, okrężnicy, płucach i gruczołach potowych; odgrywają również rolę w percepcji smaku.
Nabłonkowe kanały sodowe są strukturalnie i prawdopodobnie ewolucyjnie spokrewnione z purynoreceptorami P2X , receptorami bólu, które aktywują się po wykryciu ATP.
Lokalizacja i funkcja
ENaC znajduje się w błonie wierzchołkowej spolaryzowanych komórek nabłonkowych, w szczególności w nerkach (głównie w kanaliku zbiorczym), płucach , skórze, męskich i żeńskich drogach rozrodczych oraz okrężnicy . Kanały sodowe w nabłonku ułatwiają reabsorpcję Na⁺ przez błonę wierzchołkową nabłonka dystalnego odcinka nefronu , dróg oddechowych i rozrodczych oraz gruczołów zewnątrzwydzielniczych . Ponieważ stężenie jonów Na⁺ jest głównym wyznacznikiem osmolarności płynu pozakomórkowego , zmiany stężenia Na⁺ wpływają na ruch płynów, a w konsekwencji na objętość płynów i ciśnienie krwi. Aktywność ENaC w okrężnicy i nerkach jest modulowana przez aldosteron mineralokortykoidowy . Może być blokowany przez triamteren lub amiloryd , które są stosowane w medycynie jako leki moczopędne . W nerkach jest hamowany przez przedsionkowy peptyd natriuretyczny , powodując natriurezę i diurezę.
Nabłonkowe kanały Na+ (ENaC) w mózgu odgrywają istotną rolę w regulacji ciśnienia krwi. Neurony wazopresyny (VP) odgrywają kluczową rolę w koordynowaniu odpowiedzi neuroendokrynnych i autonomicznych w celu utrzymania homeostazy sercowo-naczyniowej. Wysokie spożycie soli w diecie powoduje wzrost ekspresji i aktywności ENaC, co skutkuje depolaryzacją neuronów VP w stanie stacjonarnym. Jest to jeden z mechanizmów leżących u podstaw tego, jak spożycie soli w diecie wpływa na aktywność neuronów VP poprzez aktywność ENaC. Kanały ENaC w mózgu biorą udział w odpowiedzi ciśnienia krwi na sód w diecie.
Badania immunofluorescencyjne o wysokiej rozdzielczości wykazały, że w drogach oddechowych i żeńskich drogach rozrodczych ENaC znajduje się na całej długości rzęsek pokrywających powierzchnię komórek wielorzęskowych. Stąd w tych nabłonkach z ruchliwymi rzęskami ENaC działa jako regulator osmolarności płynu rzęskowego, a jego funkcja jest niezbędna do utrzymania objętości płynu na głębokości niezbędnej do ruchliwości rzęsek. W drogach oddechowych ruch ten jest niezbędny do oczyszczenia powierzchni śluzówki , aw żeńskim układzie rozrodczym ruchliwość rzęsek jest niezbędna do ruchu oocytów.
W przeciwieństwie do ENaC, CFTR, który reguluje transport jonów chlorkowych, nie występuje na rzęskach. Odkrycia te zaprzeczają wcześniejszej hipotezie, że ENaC jest regulowane w dół przez bezpośrednią interakcję z CFTR. U pacjentów z mukowiscydozą (CF) CFTR nie może obniżać poziomu ENaC, powodując nadmierne wchłanianie w płucach i nawracające infekcje płuc. Sugerowano, że może to być kanał jonowy bramkowany ligandem .
W warstwach naskórka skóry ENaC ulega ekspresji w keratynocytach, gruczołach łojowych i komórkach mięśni gładkich. W tych komórkach ENaC znajduje się głównie w cytoplazmie. W ekrynowych gruczołach potowych ENaC znajduje się głównie w błonie szczytowej skierowanej do światła przewodów potowych. Główną funkcją ENaC w tych przewodach jest ponowne wychwytywanie jonów Na⁺, które są wydalane z potem. U pacjentów z mutacjami ENaC powodującymi ogólnoustrojowy pseudohipoaldosteronizm typu I, pacjenci mogą stracić znaczną ilość jonów Na⁺, zwłaszcza w gorącym klimacie.
ENaC znajduje się również w receptorach smakowych , gdzie odgrywa ważną rolę w postrzeganiu zasolenia . U gryzoni praktycznie cały smak soli jest pośredniczony przez ENaC, podczas gdy wydaje się, że odgrywa mniej znaczącą rolę u ludzi: około 20 procent można przypisać do nabłonkowego kanału sodowego.
Protoelizowane warianty ENaC działają również jako ludzkie receptory smaku soli. Rola ta została po raz pierwszy potwierdzona badaniami sensorycznymi na ludziach w celu oceny wpływu 2-furoinianu 4-propylofenylu na odczuwanie słonego smaku soli kuchennej, chlorku sodu (NaCl). 4-propylofenylu 2-furoinian to związek, który, jak odkryto, aktywuje proteolizowany ENaC.
Selektywność jonowa
Badania pokazują, że kanał ENaC jest przepuszczalny dla Na+
i Li+
jony, ale ma bardzo małą przepuszczalność dla K+
, CS+
lub Rb+
jony.
Reakcja transportowa
Uogólniona reakcja transportu dla Na+
kanały to:
-
Na+
(wyjście) → Na+
(w)
To dla degeneryn to:
- Kation (out) → kation (in)
Struktura
ENaC składa się z trzech różnych podjednostek: α, β, γ. Wszystkie trzy podjednostki są niezbędne do transportu do zespołu błonowego kanałów funkcjonalnych na błonie. C-koniec każdej podjednostki ENaC zawiera motyw PPXY, który po zmutowaniu lub delecji w podjednostce β- lub γ-ENaC prowadzi do zespołu Liddle'a, ludzkiej autosomalnej dominującej postaci nadciśnienia. Struktura cryoEM ENaC wskazuje, że kanał jest białkiem heterotrimerycznym, takim jak kanał jonowy wykrywający kwas 1 (ASIC1) , który należy do tej samej rodziny. Każda z podjednostek składa się z dwóch helis transbłonowych i pętli zewnątrzkomórkowej. Końce aminowe i karboksylowe wszystkich trzech polipeptydów znajdują się w cytozolu .
Struktura krystaliczna ASIC1 i badania ukierunkowanej mutagenezy sugerują, że ENaC ma centralny kanał jonowy zlokalizowany wzdłuż centralnej osi symetrii pomiędzy trzema podjednostkami.
Pod względem struktury białka należące do tej rodziny składają się z około 510 do 920 reszt aminokwasowych. Zbudowane są z wewnątrzkomórkowego regionu N-końca, po którym następuje domena transbłonowa, duża pętla zewnątrzkomórkowa, drugi segment transbłonowy i C-końcowy ogon wewnątrzkomórkowy.
δ-podjednostka
Ponadto istnieje czwarta, tak zwana podjednostka , która wykazuje znaczne podobieństwo sekwencji z podjednostką α i może tworzyć funkcjonalny kanał jonowy wraz z podjednostkami β i γ. Takie δ-, β-, γ-ENaC pojawiają się w trzustce , jądrach , płucach i jajnikach . Ich funkcja jest jeszcze nieznana.
Rodziny
Członkowie nabłonka Na+
Rodzina kanałów (ENaC) dzieli się na cztery podrodziny, określane jako alfa, beta, gamma i delta. Białka wykazują tę samą widoczną topologię, każdy z dwoma transbłonowymi (TM) segmentami (TMS), oddzielonymi dużą pętlą zewnątrzkomórkową. W większości białek ENaC zbadanych do tej pory, domeny zewnątrzkomórkowe są wysoce konserwatywne i zawierają liczne reszty cysteinowe, z flankującymi C-końcowymi regionami amfipatycznymi TM, postulowanymi jako przyczyniające się do tworzenia hydrofilowych porów kompleksów oligomerycznych białek kanałowych. Uważa się, że dobrze konserwowane domeny zewnątrzkomórkowe służą jako receptory kontrolujące aktywność kanałów.
Białka ENaC kręgowców z komórek nabłonkowych skupiają się ściśle razem na drzewie filogenetycznym; niewrażliwe na napięcie homologi ENaC znajdują się również w mózgu. Wiele zsekwencjonowanych białek C. elegans, w tym degeneryny robaków, jest daleko spokrewnionych zarówno z białkami kręgowców, jak i ze sobą. Białka ENaC kręgowców są podobne do degeneryn Caenorhabditis elegans : deg-1, del-1, mec-4, mec-10 i unc-8. Białka te mogą być zmutowane, aby spowodować degradację neuronów i uważa się również, że tworzą kanały sodowe.
Nadrodzina
Nabłonkowy sód ( Na+
) rodzina kanałów (ENaC) należy do nadrodziny ENaC/P2X. Receptory ENaC i P2X mają podobne struktury 3-d i są homologiczne.
Geny
Architektura egzon-intron trzech genów kodujących trzy podjednostki ENaC pozostała wysoce konserwatywna pomimo rozbieżności ich sekwencji.
Istnieją cztery powiązane kanały sodowe wrażliwe na amiloryd:
Stabilna linia komórkowa ENaC
Ekspresja ENaC w hodowlach komórek ssaków jest cytotoksyczna, co skutkuje wychwytem sodu, pęcznieniem komórek i śmiercią komórek, co komplikuje wytwarzanie stabilnych linii komórkowych do badania ENaC. Technologia Chromovert umożliwiła produkcję stabilnej linii komórkowej ENaC przy użyciu fluorogennych sond sygnałowych i cytometrii przepływowej do skanowania wielu komórek w celu wyizolowania rzadkich klonów zdolnych do funkcjonalnej, stabilnej i żywotnej ekspresji ENaC.
Znaczenie kliniczne
Interakcja ENaC z CFTR ma istotne znaczenie patofizjologiczne w mukowiscydozie . CFTR jest kanałem transbłonowym odpowiedzialnym za transport chlorków, a defekty tego białka powodują mukowiscydozę, częściowo poprzez regulację w górę kanału ENaC przy braku funkcjonalnego CFTR.
W drogach oddechowych CFTR pozwala na wydzielanie chlorku, a jony sodu i woda podążają biernie. Jednak przy braku funkcjonalnego CFTR, kanał ENaC jest regulowany w górę i dodatkowo zmniejsza wydzielanie soli i wody przez ponowne wchłanianie jonów sodu. Jako takie, komplikacje oddechowe w mukowiscydozie nie są spowodowane wyłącznie brakiem wydzielania chlorków, ale raczej wzrostem reabsorpcji sodu i wody. Powoduje to odkładanie się gęstego, odwodnionego śluzu, który gromadzi się w drogach oddechowych, zakłócając wymianę gazową i umożliwiając gromadzenie się bakterii. Niemniej jednak podwyższenie poziomu CFTR nie koryguje wpływu wysokoaktywnych ENaC. Prawdopodobnie do utrzymania funkcjonalnej homeostazy jonowej w tkance nabłonkowej płuc niezbędne są inne białka, takie jak kanały potasowe, akwaporyny czy Na/K-ATPaza.
W gruczołach potowych CFTR odpowiada za reabsorpcję chlorków w przewodzie potowym. Jony sodu przechodzą biernie przez ENaC w wyniku gradientu elektrochemicznego wywołanego przepływem chlorków. Zmniejsza to utratę soli i wody. W przypadku braku przepływu chlorków w mukowiscydozie jony sodu nie przepływają przez ENaC, co prowadzi do większej utraty soli i wody. (Jest to prawda pomimo regulacji w górę kanału ENaC, ponieważ przepływ w przewodach potowych jest ograniczony przez gradient elektrochemiczny wywołany przepływem chlorków przez CFTR). choroby, zarówno w przeszłości, jak i dziś za pomocą nowoczesnych testów elektrycznych.
Mutacje nabyte w funkcji podjednostek β i γ są związane z zespołem Liddle'a .
Amiloryd i triamteren to leki moczopędne oszczędzające potas, które działają jako blokery nabłonkowego kanału sodowego .
Bibliografia
Zewnętrzne linki
- Kanał nabłonkowy + sód + w Narodowej Bibliotece Medycznej USA Medical Subject Headings (MeSH)