stringtranslate.com

Эпителиальный натриевый канал

Эпителиальный натриевый канал (ENaC) (также известный как амилорид-чувствительный натриевый канал ) представляет собой мембраносвязанный ионный канал , избирательно проницаемый для ионов натрия ( Na + ). Он собирается в виде гетеротримера, состоящего из трех гомологичных субъединиц α или δ, β и γ. [2] Эти субъединицы кодируются четырьмя генами: SCNN1A , SCNN1B , SCNN1G и SCNN1D . ENaC участвует главным образом в реабсорбции ионов натрия в собирательных трубочках нефронов почек . Протеолизированные формы ENaC не только участвуют в заболеваниях, при которых нарушается баланс жидкости в эпителиальных мембранах, включая отек легких, муковисцидоз, ХОБЛ и COVID-19, но и действуют как рецепторы солевого вкуса человека. [3]

Апикальные мембраны многих плотных эпителиев содержат натриевые каналы , которые характеризуются прежде всего высоким сродством к блокатору диуретиков амилориду . [2] [4] [5] [6] Эти каналы обеспечивают первый этап активной реабсорбции натрия, необходимой для поддержания гомеостаза соли и воды в организме. [4] У позвоночных каналы контролируют реабсорбцию натрия в почках, толстой кишке, легких и потовых железах; они также играют роль в восприятии вкуса.

Эпителиальные натриевые каналы структурно и, вероятно, эволюционно связаны с пуринорецепторами P2X , болевыми рецепторами, которые активируются при обнаружении АТФ.

Расположение и функции

ENaC локализован в апикальной мембране поляризованных эпителиальных клеток, в частности в почках (в первую очередь в собирательных трубочках), легких , коже, [7] мужских и женских репродуктивных путях и толстой кишке . [2] [8] [9] Эпителиальные натриевые каналы облегчают реабсорбцию Na⁺ через апикальные мембраны эпителия в дистальных отделах нефрона , дыхательных и репродуктивных путях и экзокринных железах . Поскольку концентрация ионов Na⁺ является основным фактором, определяющим осмолярность внеклеточной жидкости , изменения концентрации Na⁺ влияют на движение жидкостей и, следовательно, на объём жидкости и кровяное давление. Активность ENaC в толстой кишке и почках модулируется минералокортикоидом альдостероном . Его можно блокировать триамтереном или амилоридом , которые используются в медицине в качестве диуретиков . В почках он ингибируется предсердным натрийуретическим пептидом , вызывая натрийурез и диурез.

Эпителиальные каналы Na+ (ENaCs) в головном мозге играют значительную роль в регуляции артериального давления. [10] Нейроны вазопрессина (ВП) играют ключевую роль в координации нейроэндокринных и вегетативных реакций для поддержания сердечно-сосудистого гомеостаза. Высокое потребление соли с пищей вызывает увеличение экспрессии и активности ENaC, что приводит к устойчивой деполяризации нейронов VP. [10] Это один из механизмов, лежащих в основе того, как потребление пищевой соли влияет на активность нейронов VP через активность ENaC. Каналы ENaC в головном мозге участвуют в реакции артериального давления на пищевой натрий.

Иммунофлуоресцентные исследования высокого разрешения показали, что в дыхательных путях и женских половых путях ENaC располагается по всей длине ресничек , покрывающих поверхность многореснитчатых клеток. [8] Следовательно, в этих эпителиях с подвижными ресничками ENaC действует как регулятор осмолярности перицилиарной жидкости, и его функция важна для поддержания объема жидкости на глубине, необходимой для подвижности ресничек. В дыхательных путях это движение необходимо для очистки поверхности слизистой оболочки , а в женских репродуктивных путях подвижность ресничек необходима для движения ооцитов. [8]

В отличие от ENaC, CFTR , регулирующий транспорт хлорид-ионов, не обнаружен на ресничках. Эти результаты противоречат предыдущей гипотезе о том, что ENaC подавляется за счет прямого взаимодействия с CFTR. У пациентов с муковисцидозом (МВ) CFTR не может подавлять ENaC, вызывая гиперабсорбцию в легких и рецидивирующие легочные инфекции. Было высказано предположение, что это может быть лиганд-управляемый ионный канал . [11]

В эпидермальных слоях кожи ENaC экспрессируется в кератиноцитах, сальных железах и гладкомышечных клетках. [7] В этих клетках ENaC преимущественно локализован в цитоплазме. [7] В эккринных потовых железах ENaC преимущественно расположен в апикальной мембране, обращенной к просвету потовых протоков. [7] Основная функция ENaC в этих протоках — обратный захват ионов Na⁺, которые выделяются с потом. У пациентов с мутациями ENaC, вызывающими системный псевдогипоальдостеронизм I типа, пациенты могут терять значительное количество ионов Na⁺, особенно в условиях жаркого климата.

ENaC также обнаруживается во вкусовых рецепторах , где он играет важную роль в восприятии солености . У грызунов практически весь соленый вкус опосредуется ENaC, тогда как у человека он, по-видимому, играет менее значительную роль: около 20 процентов можно отнести к эпителиальному натриевому каналу.

Протоэлизированные варианты ENaC также действуют как рецепторы вкуса соли у человека. Эта роль была впервые подтверждена с помощью сенсорных исследований человека для оценки влияния 4-пропилфенил-2-фуроата на восприятие соленого вкуса поваренной соли, хлорида натрия (NaCl). 4-пропилфенил-2-фуроат — это соединение, которое, как было обнаружено, активирует протеолизированный ENaC. [12]

Ионная селективность

Исследования показывают, что канал ENaC проницаем для ионов Na + и Li + , но имеет очень низкую проницаемость для ионов K + , Cs + или Rb + . [13] [14]

Транспортная реакция

Обобщенная транспортная реакция для Na + -каналов:

Na + (выходит) → Na + (входит)

Для дегенеринов это:

Катион (выход) → катион (вход)

Состав

Схема, демонстрирующая расположение субъединиц

ENaC состоит из трех разных субъединиц: α, β, γ. [2] [15] Все три субъединицы необходимы для транспорта к мембранному узлу функциональных каналов на мембране. [16] С-конец каждой субъединицы ENaC содержит мотив PPXY, который при мутации или удалении в субъединице β- или γ-ENaC приводит к синдрому Лиддла, аутосомно-доминантной форме гипертонии у человека. КриоЭМ - структура ENaC указывает на то, что канал представляет собой гетеротримерный белок, подобный кислотно-чувствительному ионному каналу 1 (ASIC1) , который принадлежит к тому же семейству. [17] [18] Каждая из субъединиц состоит из двух трансмембранных спиралей и внеклеточной петли. Амино- и карбокси-концы всех трех полипептидов расположены в цитозоле .

Кристаллическая структура ASIC1 и исследования сайт-направленного мутагенеза позволяют предположить, что ENaC имеет центральный ионный канал, расположенный вдоль центральной оси симметрии между тремя субъединицами. [14] [19]

По структуре белки, принадлежащие к этому семейству, состоят примерно из 510–920 аминокислотных остатков. Они состоят из внутриклеточной N-концевой области, за которой следует трансмембранный домен, большая внеклеточная петля, второй трансмембранный сегмент и С-концевой внутриклеточный хвост. [20]

δ-субъединица

Кроме того, существует четвертая, так называемая δ-субъединица, которая имеет значительное сходство последовательностей с α-субъединицей и может образовывать функциональный ионный канал вместе с β- и γ-субъединицами. Такие δ-, β-, γ-ENaC появляются в поджелудочной железе , семенниках , легких и яичниках . Их функция пока неизвестна.

Семьи

Члены семейства эпителиальных каналов Na + (ENaC) делятся на четыре подсемейства, называемых альфа, бета, гамма и дельта. [5] Белки имеют одинаковую топологию, каждый из которых состоит из двух трансмембранных (ТМ) сегментов (ТМС), разделенных большой внеклеточной петлей. В большинстве белков ENaC, изученных на сегодняшний день, внеклеточные домены высококонсервативны и содержат многочисленные остатки цистеина с фланкирующими С-концевыми амфипатическими TM-областями, которые, как предполагается, способствуют образованию гидрофильных пор олигомерных канальных белковых комплексов. Считается, что хорошо консервативные внеклеточные домены служат рецепторами, контролирующими активность каналов.

Белки ENaC позвоночных из эпителиальных клеток плотно группируются на филогенетическом дереве; Нечувствительные к напряжению гомологи ENaC также обнаружены в мозге. Многие секвенированные белки C. elegans, включая дегенерины червей, отдаленно связаны с белками позвоночных, а также друг с другом. Белки ENaC позвоночных подобны дегенеринам Caenorhabditis elegans : [20] deg-1, del-1, mec-4, mec-10 и unc-8. Эти белки могут мутировать, вызывая деградацию нейронов, а также считается, что они образуют натриевые каналы.

Суперсемья

Семейство эпителиальных натриевых ( Na + ) каналов (ENaC) принадлежит к суперсемейству ENaC/P2X. [21] Рецепторы ENaC и P2X имеют схожие 3-d структуры и гомологичны. [22]

Гены

Экзон-интронная архитектура трех генов, кодирующих три субъединицы ENaC, осталась высококонсервативной, несмотря на расхождение их последовательностей. [23]

Существует четыре связанных натриевых канала, чувствительных к амилориду:

Стабильная клеточная линия ENaC

Экспрессия ENaC в культурах клеток млекопитающих является цитотоксичной, что приводит к поглощению натрия, набуханию и гибели клеток, что усложняет получение стабильных клеточных линий для изучения ENaC. Технология Chromovert позволила создать стабильную клеточную линию ENaC с использованием флуорогенных сигнальных зондов и проточной цитометрии для сканирования многочисленных клеток с целью выделения редких клонов, способных к функциональной, стабильной и жизнеспособной экспрессии ENaC. [24]

Клиническое значение

Структура амилорида , блокатора каналов

Взаимодействие ENaC с CFTR имеет важное патофизиологическое значение при муковисцидозе . CFTR представляет собой трансмембранный канал, ответственный за транспорт хлоридов, и дефекты этого белка вызывают муковисцидоз, частично за счет активации канала ENaC в отсутствие функционального CFTR.

В дыхательных путях CFTR способствует секреции хлоридов, а ионы натрия и воды пассивно следуют за ними. Однако при отсутствии функционального CFTR канал ENaC активируется и еще больше снижает секрецию соли и воды за счет реабсорбции ионов натрия. Таким образом, респираторные осложнения при муковисцидозе вызваны не только отсутствием секреции хлоридов, но и увеличением реабсорбции натрия и воды. Это приводит к отложению густой обезвоженной слизи, которая скапливается в дыхательных путях, препятствуя газообмену и позволяя скоплению бактерий. [25] Тем не менее, усиление CFTR не корректирует влияние высокоактивного ENaC. [26] Вероятно, для поддержания функционального ионного гомеостаза в эпителиальной ткани легких необходимы другие взаимодействующие белки, такие как калиевые каналы, аквапорины или Na/K-АТФаза. [27]

В потовых железах CFTR отвечает за реабсорбцию хлоридов в потовых протоках. Ионы натрия пассивно проходят через ENaC в результате электрохимического градиента, вызванного потоком хлоридов. Это уменьшает потери соли и воды. При отсутствии потока хлоридов при муковисцидозе ионы натрия не проходят через ENaC, что приводит к большей потере соли и воды. (Это верно, несмотря на активацию канала ENaC, поскольку поток в потовых протоках ограничивается электрохимическим градиентом, создаваемым потоком хлоридов через CFTR.) По этой причине кожа пациентов имеет соленый вкус, и это обычно используется для диагностики заболеваний как в прошлом, так и сегодня с помощью современных электрических тестов. [28]

Усиление функциональных мутаций субъединиц β и γ связано с синдромом Лиддла . [29]

Амилорид и триамтерен — калийсберегающие диуретики , действующие как блокаторы эпителиальных натриевых каналов .

Рекомендации

  1. ^ Норенг С., Бхарадвадж А., Посерт Р., Йошиока С., Баконгис I (сентябрь 2018 г.). «Структура эпителиального натриевого канала человека методом криоэлектронной микроскопии». электронная жизнь . 7 : е39340. doi : 10.7554/eLife.39340 . ПМК  6197857 . ПМИД  30251954.
  2. ^ abcd Ханукоглу I, Ханукоглу А (апрель 2016 г.). «Семейство эпителиальных натриевых каналов (ENaC): филогения, структура-функция, распределение в тканях и связанные с ними наследственные заболевания». Джин . 579 (2): 95–132. дои : 10.1016/j.gene.2015.12.061. ПМЦ 4756657 . ПМИД  26772908. 
  3. ^ Шекдар К., Лангер Дж., Венкатачалан С., Шмид Л., Анобайл Дж., Шах П. и др. (март 2021 г.). «Метод клеточной инженерии с использованием сигнальных зондов флюорогенных олигонуклеотидов и проточной цитометрии». Биотехнологические письма . 43 (5): 949–958. дои : 10.1007/s10529-021-03101-5. ПМЦ 7937778 . ПМИД  33683511. 
  4. ^ аб Гарти Х (май 1994 г.). «Молекулярные свойства эпителиальных, блокируемых амилоридом Na+-каналов». Журнал ФАСЭБ . 8 (8): 522–8. дои : 10.1096/fasebj.8.8.8181670 . PMID  8181670. S2CID  173677.
  5. ^ аб Ле Т, Сайер М.Х. (1996). «Филогенетическая характеристика семейства эпителиальных каналов Na + (ENaC)». Молекулярная мембранная биология . 13 (3): 149–57. дои : 10.3109/09687689609160591. ПМИД  8905643.
  6. ^ Вальдманн Р., Шампиньи Г., Бассилана Ф., Войли Н., Лаздунски М. (ноябрь 1995 г.). «Молекулярное клонирование и функциональная экспрессия нового чувствительного к амилориду Na+-канала». Журнал биологической химии . 270 (46): 27411–4. дои : 10.1074/jbc.270.46.27411 . ПМИД  7499195.
  7. ^ abcd Ханукоглу I, Боггула В.Р., Вакнин Х., Шарма С., Клейман Т., Ханукоглу А. (июнь 2017 г.). «Экспрессия эпителиального натриевого канала (ENaC) и CFTR в эпидермисе человека и эпидермальных придатках». Гистохимия и клеточная биология . 147 (6): 733–748. дои : 10.1007/s00418-016-1535-3. PMID  28130590. S2CID  8504408.
  8. ^ abc Энука Ю, Ханукоглу I, Эдельхейт О, Вакнин Х, Ханукоглу А (март 2012 г.). «Эпителиальные натриевые каналы (ENaC) равномерно распределены на подвижных ресничках яйцевода и дыхательных путей». Гистохимия и клеточная биология . 137 (3): 339–53. дои : 10.1007/s00418-011-0904-1. PMID  22207244. S2CID  15178940.
  9. ^ Шарма С., Ханукоглу А., Ханукоглу I (апрель 2018 г.). «Локализация эпителиального натриевого канала (ENaC) и CFTR в зародышевом эпителии семенников, клетках Сертоли и сперматозоидах». Журнал молекулярной гистологии . 49 (2): 195–208. дои : 10.1007/s10735-018-9759-2. PMID  29453757. S2CID  3761720.
  10. ^ Аб Шарма К., Хак М., Гидри Р., Уэта Ю., Теруяма Р. (сентябрь 2017 г.). «Влияние потребления пищевой соли на эпителиальные каналы Na + (ENaC) в магноклеточных нейросекреторных нейронах вазопрессина в супраоптическом ядре крысы». Журнал физиологии . 595 (17): 5857–5874. дои : 10.1113/JP274856. ПМЦ 5577521 . ПМИД  28714095. 
  11. ^ Хорисбергер Дж. Д., Храйби А. (2004). «Эпителиальный натриевый канал: лиганд-управляемый канал?». Физиология нефронов . 96 (2): 37–41. дои : 10.1159/000076406. PMID  14988660. S2CID  24608792.
  12. ^ Шекдар К., Лангер Дж., Венкатачалан С., Шмид Л., Анобайл Дж., Шах П. и др. (март 2021 г.). «Метод клеточной инженерии с использованием сигнальных зондов флюорогенных олигонуклеотидов и проточной цитометрии». Биотехнологические письма . 43 (5): 949–958. дои : 10.1007/s10529-021-03101-5. ПМЦ 7937778 . ПМИД  33683511. 
  13. ^ Хэппл Р. (октябрь 1990 г.). «Птихотропизм как кожная особенность синдрома ДЕТЯ». Журнал Американской академии дерматологии . 23 (4, ч. 1): 763–6. дои :10.1016/0190-9622(90)70285-с. ПМИД  2229513.
  14. ^ Аб Ханукоглу I (февраль 2017 г.). «Натриевые каналы типа ASIC и ENaC: конформационные состояния и структуры ионно-селективных фильтров». Журнал ФЭБС . 284 (4): 525–545. дои : 10.1111/февраль 13840. PMID  27580245. S2CID  24402104.
  15. ^ Лоффинг Дж., Шильд Л. (ноябрь 2005 г.). «Функциональные домены эпителиального натриевого канала». Журнал Американского общества нефрологов . 16 (11): 3175–81. дои : 10.1681/ASN.2005050456 . ПМИД  16192417.
  16. ^ Эдельхейт О, Ханукоглу I, Даскал Н, Ханукоглу А (апрель 2011 г.). «Идентификация роли консервативных заряженных остатков во внеклеточном домене субъединицы эпителиального натриевого канала (ENaC) посредством мутагенеза аланина». Американский журнал физиологии. Почечная физиология . 300 (4): F887-97. дои : 10.1152/ajprenal.00648.2010. PMID  21209000. S2CID  869654.
  17. ^ Норенг С., Бхарадвадж А., Посерт Р., Йошиока С., Баконгис I (сентябрь 2018 г.). «Структура эпителиального натриевого канала человека методом криоэлектронной микроскопии». электронная жизнь . 7 : е39340. doi : 10.7554/eLife.39340 . ПМК 6197857 . ПМИД  30251954. 
  18. ^ Джасти Дж., Фурукава Х., Гонсалес Э.Б., Гуо Э. (сентябрь 2007 г.). «Структура кислоточувствительного ионного канала 1 при разрешении 1,9 А и низком pH». Природа . 449 (7160): 316–23. Бибкод : 2007Natur.449..316J. дои : 10.1038/nature06163. ПМИД  17882215.
  19. ^ Эдельхейт О, Бен-Шахар Р, Даскал Н, Ханукоглу А, Ханукоглу I (апрель 2014 г.). «Консервативные заряженные остатки на поверхности и границе раздела субъединиц эпителиальных натриевых каналов - роль в экспрессии клеточной поверхности и реакции самоингибирования натрия». Журнал ФЭБС . 281 (8): 2097–111. дои : 10.1111/февраль 12765 . PMID  24571549. S2CID  5807500.
  20. ^ ab Снайдер П.М., Макдональд Ф.Дж., Стоукс Дж.Б., Уэльс М.Дж. (сентябрь 1994 г.). «Мембранная топология амилорид-чувствительного эпителиального натриевого канала». Журнал биологической химии . 269 ​​(39): 24379–83. дои : 10.1016/S0021-9258(19)51094-8 . ПМИД  7929098.
  21. ^ «АТФ-управляемый катионный канал рецептора P2X (рецептор P2X)» . Функциональная и филогенетическая классификация мембранных транспортных белков . Сайер Лаборатория. Группа, UCSD и SDSC.
  22. ^ Чен Дж.С., Редди В., Чен Дж.Х., Шлыков М.А., Чжэн WH, Чо Дж. и др. (2011). «Филогенетическая характеристика суперсемейств транспортных белков: превосходство программ SuperfamilyTree над программами, основанными на множественном выравнивании». Журнал молекулярной микробиологии и биотехнологии . 21 (3–4): 83–96. дои : 10.1159/000334611. ПМК 3290041 . ПМИД  22286036. 
  23. ^ Саксена А, Ханукоглу I, Страутниекс СС, Томпсон Р.Дж., Гардинер Р.М., Ханукоглу А (ноябрь 1998 г.). «Геновая структура бета-субъединицы эпителиального натриевого канала человека, чувствительного к амилориду». Связь с биохимическими и биофизическими исследованиями . 252 (1): 208–13. дои : 10.1006/bbrc.1998.9625. ПМИД  9813171.
  24. ^ Шекдар К., Лангер Дж., Венкатачалан С., Шмид Л., Анобайл Дж., Шах П. и др. (март 2021 г.). «Метод клеточной инженерии с использованием сигнальных зондов флюорогенных олигонуклеотидов и проточной цитометрии». Биотехнологические письма . 43 (5): 949–958. дои : 10.1007/s10529-021-03101-5. ПМЦ 7937778 . ПМИД  33683511. 
  25. ^ Молл М, Грабб Б.Р., Харкема-младший, О'Нил В.К., Баучер RC (май 2004 г.). «Увеличенная абсорбция Na+ эпителием дыхательных путей вызывает у мышей муковисцидозоподобное заболевание легких». Природная медицина . 10 (5): 487–93. дои : 10.1038/нм1028. PMID  15077107. S2CID  45366866.
  26. ^ Грабб Б.Р., О'Нил В.К., Островски Л.Е., Креда С.М., Баттон B, Баучер RC (январь 2012 г.). «Трансгенная экспрессия hCFTR не может исправить заболевание легких у мышей β-ENaC». Американский журнал физиологии. Клеточная и молекулярная физиология легких . 302 (2): Л238-47. дои : 10.1152/ajplung.00083.2011. ПМК 3349361 . ПМИД  22003093. 
  27. ^ Точиловская-Маминьская Р., Доловы К. (февраль 2012 г.). «Ионтранспортирующие белки бронхиального эпителия человека». Журнал клеточной биохимии . 113 (2): 426–32. дои : 10.1002/jcb.23393 . PMID  21975871. S2CID  31970069.
  28. ^ Бердиев Б.К., Кадри Ю.Дж., Бенос DJ (февраль 2009 г.). «Оценка ассоциации CFTR и ENaC». Молекулярные биосистемы . 5 (2): 123–7. дои : 10.1039/B810471A. ПМК 2666849 . ПМИД  19156256. 
  29. ^ Болезни ионных каналов

Внешние ссылки

В эту статью включен текст из общественного достояния Pfam и InterPro : IPR001873.