Котранспортер Na-K - Cl ( NKCC ) представляет собой транспортный белок , который способствует вторичному активному транспорту натрия , калия и хлоридов в клетки . [1] У человека существуют две изоформы этого белка мембранного транспорта , NKCC1 и NKCC2 , кодируемые двумя разными генами ( SLC12A2 и SLC12A1 соответственно). Две изоформы гена NKCC1/Slc12a2 возникают в результате сохранения (изоформа 1) или пропуска (изоформа 2) экзона 21 в конечном генном продукте. [2]
NKCC1 широко распространен в организме человека; он выполняет важные функции в органах , выделяющих жидкости. Он обнаруживается именно в почках , где он извлекает натрий, калий и хлорид из мочи , чтобы они могли реабсорбироваться в кровь .
Белки NKCC представляют собой мембранные транспортные белки , которые транспортируют ионы натрия (Na), калия (K) и хлорида (Cl) через клеточную мембрану . Поскольку они перемещают каждое растворенное вещество в одном направлении, их называют симпортерами . Они поддерживают электронейтральность, перемещая два положительно заряженных растворенных вещества (натрия и калия) рядом с двумя частями отрицательно заряженного растворенного вещества (хлорида). Таким образом, стехиометрия транспортируемых растворенных веществ составляет 1Na:1K:2Cl. Однако есть заметное исключение в гигантском аксоне кальмара , поскольку симпортер в этой особой клетке имеет стехиометрию 2Na: 1K: 3Cl, хотя электронейтральность все еще сохраняется. [3]
NKCC1 широко распространен по всему организму, особенно в органах, секретирующих жидкости, называемых экзокринными железами . [4] В клетках этих органов NKCC1 обычно обнаруживается в базолатеральной мембране , [5] части клеточной мембраны , ближайшей к кровеносным сосудам . Его базолатеральное расположение дает NKCC1 способность транспортировать натрий, калий и хлорид из крови в клетку. Другие транспортеры помогают выводить эти растворенные вещества из клетки через ее апикальную поверхность. Конечным результатом является то, что растворенные вещества из крови, особенно хлориды, секретируются в просвет этих экзокринных желез, увеличивая концентрацию растворенных веществ в просвете и вызывая выделение воды путем осмоса .
Помимо экзокринных желез, NKCC1 необходим для образования богатой калием эндолимфы , которая омывает часть улитки , органа, необходимого для слуха. Ингибирование NKCC1, как и при применении фуросемида или других петлевых диуретиков , может привести к глухоте . [5]
NKCC1 также экспрессируется во многих областях мозга на ранних этапах развития, но не во взрослом возрасте. [6] Это изменение в присутствии NKCC1, по-видимому, ответственно за изменение ответов на нейротрансмиттеры ГАМК и глицин с возбуждающего на тормозящий, что, как предполагается, важно для раннего развития нейронов. Пока транспортеры NKCC1 преимущественно активны, внутренние концентрации хлоридов в нейронах повышаются по сравнению с концентрациями зрелых хлоридов, что важно для ответов ГАМК и глицина, поскольку соответствующие лиганд-управляемые анионные каналы проницаемы для хлоридов. При более высоких внутренних концентрациях хлоридов увеличивается направленная наружу движущая сила для этих ионов, и, таким образом, открытие каналов приводит к тому, что хлорид покидает клетку, тем самым деполяризуя ее. Другими словами, увеличение внутренней концентрации хлоридов увеличивает потенциал обращения хлоридов, определяемый уравнением Нернста . Позже в процессе развития экспрессия NKCC1 снижается, в то время как экспрессия котранспортера KCC2 K-Cl увеличивается, что приводит к снижению внутренней концентрации хлоридов в нейронах до значений взрослых. [7]
NKCC2 специфически обнаруживается в клетках толстого восходящего отдела петли Генле и плотного пятна нефронов , основных функциональных единиц почки . Внутри этих клеток NKCC2 находится в апикальной мембране [8], примыкающей к просвету нефрона , который представляет собой полое пространство, содержащее мочу . Таким образом, он способствует как абсорбции натрия, так и канальцево-гломерулярной обратной связи .
Толстая восходящая часть петли Генле начинается в более глубокой части наружного мозгового вещества почки. Здесь моча имеет относительно высокую концентрацию натрия. Когда моча движется к более поверхностной части толстого восходящего колена, NKCC2 является основным транспортным белком, с помощью которого натрий реабсорбируется из мочи. Это движение натрия наружу и отсутствие водопроницаемости в толстом восходящем колене приводит к более разбавленной моче. [9] Согласно стехиометрии, изложенной выше, каждый реабсорбированный ион натрия приносит один ион калия и два иона хлорида. Натрий затем реабсорбируется в кровь , где способствует поддержанию кровяного давления .
Фуросемид и другие петлевые диуретики ингибируют активность NKCC2, тем самым ухудшая реабсорбцию натрия в толстом восходящем отделе петли Генле. Действие этих петлевых диуретиков также снижает реабсорбцию калия через котранспортер NKCC2 и, следовательно, увеличивает скорость канальцевого кровотока, что усиливает секрецию калия и усиливает гипокалиемический эффект.
Нарушение реабсорбции натрия увеличивает диурез по трем механизмам:
Таким образом, петлевые диуретики в конечном итоге приводят к снижению артериального давления.
Гормон вазопрессин стимулирует активность NKCC2. Вазопрессин стимулирует реабсорбцию хлорида натрия в толстом восходящем отделе нефрона путем активации сигнальных путей. Вазопрессин увеличивает транспорт NKCC2 к мембране и фосфорилирует некоторые сайты серина и треонина на цитоплазматическом N-конце NKCC2, расположенного в мембране, увеличивая его активность. Повышенная активность NKCC2 способствует реабсорбции воды в собирательных трубочках через каналы аквапорина 2 за счет создания гипоосмотического фильтрата. [10] [11]
NKCC1 и NKCC2 кодируются генами на длинных плечах хромосом 5 [12] и 15 , [13] соответственно. Мутация потери функции NKCC2 приводит к синдрому Бартера , аутосомно-рецессивному заболеванию, характеризующемуся гипокалиемическим метаболическим алкалозом с нормальным или низким кровяным давлением. [13]
Энергия , необходимая для перемещения растворенных веществ через клеточную мембрану, обеспечивается электрохимическим градиентом натрия. Электрохимический градиент натрия устанавливается Na/K-АТФазой , которая является АТФ -зависимым ферментом . Поскольку белки NKCC используют градиент натрия, их активность косвенно зависит от АТФ; по этой причине считается, что белки NKCC перемещают растворенные вещества посредством вторичного активного транспорта . Существует три изоформы NKCC2, созданные путем альтернативного сплайсинга (NKCC2A, B и F). Каждая из этих изоформ экспрессируется в разных частях толстого восходящего колена и имеет различное сродство к натрию, что коррелирует с его локализацией. Изоформа F преобладает в более глубокой части толстого восходящего колена, где концентрация натрия очень высока. NKCC2F — это изоформа с наименьшим сродством к натрию, что позволяет котранспортеру работать в среде, богатой натрием. И наоборот, NKCC2B экспрессируется в более поверхностной части толстого восходящего колена и плотного пятна и имеет самое высокое сродство к натрию. Это позволяет NKCC2B функционировать в среде с низким содержанием натрия без насыщения. Изоформа NKCC2A демонстрирует промежуточное распределение и сродство к натрию. [14] Таким образом, NKCC2 способен правильно функционировать в диапазоне концентраций натрия, обнаруженном вдоль толстого восходящего колена.