El canal de sodio epitelial (abreviado: ENaC , también: canal de sodio sensible a amilorida ) es un canal de iones unido a la membrana que es selectivamente permeable a los iones de sodio ( Na+
) y que se ensambla como un heterotrímero compuesto por tres subunidades homólogas α o δ, β y γ, [2] Estas subunidades están codificadas por cuatro genes: SCNN1A , SCNN1B , SCNN1G y SCNN1D . Está implicado principalmente en la reabsorción de iones de sodio en los túbulos colectores del riñón 's nefronas . Además de estar implicado en enfermedades en las que se altera el equilibrio de líquidos a través de las membranas epiteliales, como edema pulmonar, fibrosis quística, EPOC y COVID-19, las formas proteolizadas de ENaC funcionan como el receptor del sabor de la sal humana. [3]
Canal de sodio sensible a amilorida | ||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Identificadores | ||||||||||
Símbolo | ASC | |||||||||
Pfam | PF00858 | |||||||||
InterPro | IPR001873 | |||||||||
PROSITE | PDOC00926 | |||||||||
SCOP2 | 6BQN / SCOPe / SUPFAM | |||||||||
TCDB | 1.A.6 | |||||||||
Superfamilia OPM | 181 | |||||||||
Proteína OPM | 4fz1 | |||||||||
|
Las membranas apicales de muchos epitelios estrechos contienen canales de sodio que se caracterizan principalmente por su alta afinidad por el bloqueador diurético amilorida . [2] [4] [5] [6] Estos canales median el primer paso de la reabsorción activa de sodio esencial para el mantenimiento de la homeostasis corporal de sal y agua. [4] En los vertebrados , los canales controlan la reabsorción de sodio en los riñones, el colon, los pulmones y las glándulas sudoríparas; también juegan un papel en la percepción del gusto.
Los canales de sodio epiteliales están relacionados estructural y probablemente evolutivamente con los purinorreceptores P2X , receptores del dolor que se activan cuando detectan ATP.
Ubicación y función
El ENaC se encuentra en la membrana apical de las células epiteliales polarizadas, en particular en el riñón (principalmente en el túbulo colector), el pulmón , la piel, [7] los tractos reproductivos masculino y femenino y el colon . [2] [8] [9] Los canales de sodio epiteliales facilitan la reabsorción de Na⁺ a través de las membranas apicales del epitelio en la nefrona distal , los tractos respiratorio y reproductivo y las glándulas exocrinas . Dado que la concentración de iones Na⁺ es un determinante importante de la osmolaridad del líquido extracelular , los cambios en la concentración de Na⁺ afectan el movimiento de los fluidos y, en consecuencia, el volumen de fluidos y la presión arterial. La actividad de ENaC en el colon y el riñón está modulada por el mineralcorticoide aldosterona . Puede bloquearse con triamtereno o amilorida , que se utilizan médicamente para actuar como diuréticos . En el riñón, es inhibido por el péptido natriurético auricular , lo que provoca natriuresis y diuresis.
Los canales epiteliales de Na + (ENaC) en el cerebro juegan un papel importante en la regulación de la presión arterial. [10] Las neuronas de vasopresina (VP) desempeñan un papel fundamental en la coordinación de las respuestas neuroendocrinas y autónomas para mantener la homeostasis cardiovascular. La ingesta alta de sal en la dieta provoca un aumento en la expresión y actividad de ENaC, lo que da como resultado la despolarización en estado estacionario de las neuronas VP. [10] Este es uno de los mecanismos subyacentes a cómo la ingesta de sal en la dieta afecta la actividad de las neuronas VP a través de la actividad ENaC. Los canales ENaC en el cerebro están involucrados en la respuesta de la presión arterial al sodio de la dieta.
Los estudios de inmunofluorescencia de alta resolución revelaron que en el tracto respiratorio y el tracto reproductivo femenino, ENaC se encuentra a lo largo de toda la longitud de los cilios que cubren la superficie de las células multiciliadas. [8] Por lo tanto, en estos epitelios con cilios móviles, ENaC funciona como un regulador de la osmolaridad del líquido periciliar, y su función es esencial para mantener el volumen de líquido a una profundidad necesaria para la motilidad de los cilios. En el tracto respiratorio este movimiento es esencial para limpiar la superficie de la mucosa , y en el tracto reproductor femenino, la motilidad de los cilios es esencial para el movimiento de los ovocitos. [8]
A diferencia de ENaC, el CFTR que regula el transporte de iones cloruro no se encuentra en los cilios. Estos hallazgos contradicen una hipótesis anterior de que ENaC está regulada negativamente por la interacción directa con CFTR. En pacientes con fibrosis quística (FQ), el CFTR no puede regular a la baja la ENaC, lo que provoca una hiperabsorción en los pulmones e infecciones pulmonares recurrentes. Se ha sugerido que puede ser un canal iónico controlado por ligando . [11]
En las capas epidérmicas de la piel, ENaC se expresa en los queratinocitos, las glándulas sebáceas y las células del músculo liso. [7] En estas células, ENaC se encuentra principalmente en el citoplasma. [7] En las glándulas sudoríparas ecrinas, ENaC se encuentra predominantemente en la membrana apical que mira hacia la luz de los conductos sudoríparos. [7] La función principal de ENaC en estos conductos es la recaptación de iones Na⁺ que se excretan en el sudor. En pacientes con mutaciones ENaC que causan pseudohipoaldosteronismo sistémico tipo I, los pacientes pueden perder una cantidad significativa de iones Na⁺, especialmente en climas cálidos.
ENaC también se encuentra en los receptores del gusto , donde juega un papel importante en la percepción del sabor salado . En los roedores, prácticamente todo el sabor de la sal está mediado por ENaC, mientras que parece desempeñar un papel menos importante en los seres humanos: alrededor del 20 por ciento puede acreditarse en el canal de sodio epitelial.
Las variantes protolizadas de ENaC también funcionan como receptores humanos del sabor de la sal. Este papel se confirmó por primera vez mediante estudios sensoriales en humanos para evaluar el efecto del 2-furoato de 4-propilfenilo en la percepción del sabor salado de la sal de mesa, cloruro de sodio (NaCl). El 2-furoato de 4-propilfenilo es un compuesto que se descubrió que activa los ENaC proteolizados. [12]
Selectividad de iones
Los estudios demuestran que el canal ENaC es permeable al Na+
y Li+iones, pero tiene muy poca permeabilidad a K+, Cs+o Rb+iones. [13] [14]
Reacción de transporte
La reacción de transporte generalizada de Na+
canales es:
- N / A+
(fuera) → Na+
(en)
Eso para las degenerinas es:
- Catión (salida) → catión (entrada)
Estructura
ENaC consta de tres subunidades diferentes: α, β, γ. [2] [15] Las tres subunidades son esenciales para el transporte al ensamblaje de la membrana de los canales funcionales en la membrana. [16] El extremo C-terminal de cada subunidad ENaC contiene un motivo PPXY que cuando se muta o se elimina en la subunidad β- o γ-ENaC conduce al síndrome de Liddle, una forma de hipertensión autosómica dominante humana. La estructura crioEM de ENaC indica que el canal es una proteína heterotrimérica como el canal de iones de detección de ácido 1 (ASIC1) , que pertenece a la misma familia. [17] [18] Cada una de las subunidades consta de dos hélices transmembrana y un bucle extracelular. Los extremos amino y carboxi de los tres polipéptidos se encuentran en el citosol .
La estructura cristalina de ASIC1 y los estudios de mutagénesis dirigida al sitio sugieren que ENaC tiene un canal iónico central ubicado a lo largo del eje de simetría central entre las tres subunidades. [14] [19]
En términos de estructura, las proteínas que pertenecen a esta familia constan de aproximadamente 510 a 920 residuos de aminoácidos. Están formados por una región N-terminal intracelular seguida de un dominio transmembrana, un bucle extracelular grande, un segundo segmento transmembrana y una cola intracelular C-terminal. [20]
subunidad δ
Además, existe una cuarta, la denominada subunidad δ, que comparte una considerable similitud de secuencia con la subunidad α y puede formar un canal iónico funcional junto con las subunidades β y γ. Tales δ-, β-, γ-ENaC aparecen en páncreas , testículos , pulmones y ovarios . Su función aún se desconoce.
Familias
Miembros del epitelio Na+
La familia de canales (ENaC) se divide en cuatro subfamilias, denominadas alfa, beta, gamma y delta. [5] Las proteínas exhiben la misma topología aparente, cada una con dos segmentos de expansión transmembrana (TM) (TMS), separados por un gran bucle extracelular. En la mayoría de las proteínas ENaC estudiadas hasta la fecha, los dominios extracelulares están altamente conservados y contienen numerosos residuos de cisteína, con regiones TM anfipáticas C-terminales flanqueantes, postuladas para contribuir a la formación de los poros hidrófilos de los complejos proteicos del canal oligomérico. Se cree que los dominios extracelulares bien conservados sirven como receptores para controlar las actividades de los canales.
Las proteínas ENaC de vertebrados de las células epiteliales se agrupan estrechamente en el árbol filogenético; Los homólogos de ENaC insensibles al voltaje también se encuentran en el cerebro. Las muchas proteínas de C. elegans secuenciadas, incluidas las degenerinas del gusano, están relacionadas lejanamente con las proteínas de los vertebrados, así como entre sí. Las proteínas ENaC de vertebrados son similares a las degenerinas de Caenorhabditis elegans : [20] deg-1, del-1, mec-4, mec-10 y unc-8. Estas proteínas pueden mutar para causar degradación neuronal y también se cree que forman canales de sodio.
Superfamilia
El sodio epitelial ( Na+
) La familia de canales (ENaC) pertenece a la superfamilia ENaC / P2X. [21] Los receptores ENaC y P2X tienen estructuras tridimensionales similares y son homólogos. [22]
Genes
La arquitectura exón-intrón de los tres genes que codifican las tres subunidades de ENaC se ha mantenido muy conservada a pesar de la divergencia de sus secuencias. [23]
- SCNN1A , SCNN1B , SCNN1G , SCNN1D
Hay cuatro canales de sodio sensibles a la amilorida relacionados:
- ACCN1 , ACCN2 , ACCN3 , ACCN4
Línea celular ENaC estable
La expresión de ENaC en cultivos de células de mamíferos es citotóxica, lo que resulta en la absorción de sodio, hinchazón celular y muerte celular, lo que complica la producción de líneas celulares estables para estudiar ENaC. La tecnología Chromovert permitió la producción de una línea celular ENaC estable utilizando sondas de señalización fluorogénicas y citometría de flujo para escanear numerosas células y aislar clones raros capaces de expresión funcional, estable y viable de ENaC. [24]
Significación clínica
La interacción ENaC con CFTR tiene una importancia fisiopatológica importante en la fibrosis quística . El CFTR es un canal transmembrana responsable del transporte de cloruro y los defectos en esta proteína causan fibrosis quística, en parte a través de la regulación al alza del canal ENaC en ausencia de CFTR funcional.
En las vías respiratorias, el CFTR permite la secreción de cloruro, y los iones de sodio y el agua siguen pasivamente. Sin embargo, en ausencia de CFTR funcional, el canal ENaC se regula al alza y disminuye aún más la secreción de sal y agua al reabsorber iones de sodio. Como tal, las complicaciones respiratorias en la fibrosis quística no se deben únicamente a la falta de secreción de cloruro, sino al aumento de la reabsorción de sodio y agua. Esto da como resultado la deposición de moco espeso y deshidratado, que se acumula en el tracto respiratorio, interfiriendo con el intercambio de gases y permitiendo la acumulación de bacterias. [25] No obstante, una regulación al alza de CFTR no corrige la influencia de ENaC de alta actividad. [26] Probablemente se necesiten otras proteínas que interactúan para mantener una homeostasis iónica funcional en el tejido epitelial del pulmón, como los canales de potasio, las acuaporinas o la Na / K-ATPasa. [27]
En las glándulas sudoríparas, el CFTR es responsable de la reabsorción de cloruro en el conducto sudorípara. Los iones de sodio siguen pasivamente a través de ENaC como resultado del gradiente electroquímico causado por el flujo de cloruro. Esto reduce la pérdida de sal y agua. En ausencia de flujo de cloruro en la fibrosis quística, los iones de sodio no fluyen a través de ENaC, lo que provoca una mayor pérdida de sal y agua. (Esto es cierto a pesar de la regulación ascendente del canal ENaC, ya que el flujo en los conductos sudoríparos está limitado por el gradiente electroquímico creado por el flujo de cloruro a través de CFTR). Como tal, la piel de los pacientes tiene un sabor salado, y esto se usa comúnmente para ayudar a diagnosticar el enfermedad, tanto en el pasado como en la actualidad mediante pruebas eléctricas modernas. [28]
Las mutaciones de ganancia de función en las subunidades β y γ se asocian con el síndrome de Liddle . [29]
La amilorida y el triamtereno son diuréticos ahorradores de potasio que actúan como bloqueadores de los canales de sodio epiteliales .
Referencias
- ^ Noreng S, Bharadwaj A, Posert R, Yoshioka C, Baconguis I (septiembre de 2018). "Estructura del canal de sodio epitelial humano por microscopía crioelectrónica" . eLife . 7 : e39340. doi : 10.7554 / eLife.39340 . PMC 6197857 . PMID 30251954 .
- ^ a b c d Hanukoglu I, Hanukoglu A (abril de 2016). "Familia de canales de sodio epiteliales (ENaC): filogenia, estructura-función, distribución tisular y enfermedades hereditarias asociadas" . Gene . 579 (2): 95-132. doi : 10.1016 / j.gene.2015.12.061 . PMC 4756657 . PMID 26772908 .
- ^ Shekdar K, Langer J, Venkatachalan S, Schmid L, Anobile J, Shah P, et al. (Marzo de 2021). "Método de ingeniería celular utilizando sondas de señalización de oligonucleótidos fluorogénicos y citometría de flujo" . Cartas de biotecnología . doi : 10.1007 / s10529-021-03101-5 . PMC 7937778 . PMID 33683511 .
- ^ a b Garty H (mayo de 1994). "Propiedades moleculares de los canales de Na + epiteliales bloqueables por amilorida". Revista FASEB . 8 (8): 522–8. doi : 10.1096 / fasebj.8.8.8181670 . PMID 8181670 . S2CID 173677 .
- ^ a b Le T, Saier MH (1996). "Caracterización filogenética de la familia de canales epiteliales de Na + (ENaC)". Biología de la membrana molecular . 13 (3): 149–57. doi : 10.3109 / 09687689609160591 . PMID 8905643 .
- ^ Waldmann R, Champigny G, Bassilana F, Voilley N, Lazdunski M (noviembre de 1995). "Clonación molecular y expresión funcional de un nuevo canal de Na + sensible a amilorida" . La revista de química biológica . 270 (46): 27411–4. doi : 10.1074 / jbc.270.46.27411 . PMID 7499195 .
- ^ a b c d Hanukoglu I, Boggula VR, Vaknine H, Sharma S, Kleyman T, Hanukoglu A (junio de 2017). "Expresión del canal de sodio epitelial (ENaC) y CFTR en la epidermis humana y apéndices epidérmicos" . Histoquímica y Biología Celular . 147 (6): 733–748. doi : 10.1007 / s00418-016-1535-3 . PMID 28130590 . S2CID 8504408 .
- ^ a b c Enuka Y, Hanukoglu I, Edelheit O, Vaknine H, Hanukoglu A (marzo de 2012). "Los canales de sodio epiteliales (ENaC) se distribuyen uniformemente en cilios móviles en el oviducto y las vías respiratorias". Histoquímica y Biología Celular . 137 (3): 339–53. doi : 10.1007 / s00418-011-0904-1 . PMID 22207244 . S2CID 15178940 .
- ^ Sharma S, Hanukoglu A, Hanukoglu I (abril de 2018). "Localización del canal de sodio epitelial (ENaC) y CFTR en el epitelio germinal de los testículos, células de Sertoli y espermatozoides". Revista de Histología Molecular . 49 (2): 195-208. doi : 10.1007 / s10735-018-9759-2 . PMID 29453757 . S2CID 3761720 .
- ^ a b Sharma K, Haque M, Guidry R, Ueta Y, Teruyama R (septiembre de 2017). "Efecto de la ingesta de sal en la dieta sobre los canales de Na + epiteliales (ENaC) en neuronas neurosecretoras magnocelulares de vasopresina en el núcleo supraóptico de rata" . La revista de fisiología . 595 (17): 5857–5874. doi : 10.1113 / JP274856 . PMC 5577521 . PMID 28714095 .
- ^ Horisberger JD, Chraïbi A (2004). "Canal de sodio epitelial: ¿un canal controlado por ligando?". Nephron. Fisiología . 96 (2): 37–41. doi : 10.1159 / 000076406 . PMID 14988660 . S2CID 24608792 .
- ^ Shekdar K, Langer J, Venkatachalan S, Schmid L, Anobile J, Shah P, et al. (Marzo de 2021). "Método de ingeniería celular utilizando sondas de señalización de oligonucleótidos fluorogénicos y citometría de flujo" . Cartas de biotecnología . doi : 10.1007 / s10529-021-03101-5 . PMC 7937778 . PMID 33683511 .
- ^ Happle R (octubre de 1990). "El pticotropismo como característica cutánea del síndrome del NIÑO". Revista de la Academia Estadounidense de Dermatología . 23 (4 Pt 1): 763–6. doi : 10.1016 / 0190-9622 (90) 70285-p . PMID 2229513 .
- ^ a b Hanukoglu I (febrero de 2017). "Canales de sodio tipo ASIC y ENaC: estados conformacionales y las estructuras de los filtros de selectividad iónica" . La revista FEBS . 284 (4): 525–545. doi : 10.1111 / febs.13840 . PMID 27580245 . S2CID 24402104 .
- ^ Loffing J, Schild L (noviembre de 2005). "Dominios funcionales del canal de sodio epitelial" . Revista de la Sociedad Americana de Nefrología . 16 (11): 3175–81. doi : 10.1681 / ASN.2005050456 . PMID 16192417 .
- ^ Edelheit O, Hanukoglu I, Dascal N, Hanukoglu A (abril de 2011). "Identificación de las funciones de los residuos cargados conservados en el dominio extracelular de una subunidad del canal de sodio epitelial (ENaC) por mutagénesis de alanina". Revista estadounidense de fisiología. Fisiología renal . 300 (4): F887-97. doi : 10.1152 / ajprenal.00648.2010 . PMID 21209000 .
- ^ Noreng S, Bharadwaj A, Posert R, Yoshioka C, Baconguis I (septiembre de 2018). "Estructura del canal de sodio epitelial humano por microscopía crioelectrónica" . eLife . 7 : e39340. doi : 10.7554 / eLife.39340 . PMC 6197857 . PMID 30251954 .
- ^ Jasti J, Furukawa H, Gonzales EB, Gouaux E (septiembre de 2007). "Estructura del canal de iones de detección de ácido 1 con una resolución de 1,9 A y pH bajo". Naturaleza . 449 (7160): 316–23. Código Bibliográfico : 2007Natur.449..316J . doi : 10.1038 / nature06163 . PMID 17882215 .
- ^ Edelheit O, Ben-Shahar R, Dascal N, Hanukoglu A, Hanukoglu I (abril de 2014). "Conserva los residuos cargados en la superficie y la interfaz de las subunidades del canal de sodio epitelial: funciones en la expresión de la superficie celular y la respuesta de autoinhibición del sodio". La revista FEBS . 281 (8): 2097-111. doi : 10.1111 / febs.12765 . PMID 24571549 . S2CID 5807500 .
- ^ a b Snyder PM, McDonald FJ, Stokes JB, Welsh MJ (septiembre de 1994). "Topología de membrana del canal de sodio epitelial sensible a amilorida" . La revista de química biológica . 269 (39): 24379–83. doi : 10.1016 / S0021-9258 (19) 51094-8 . PMID 7929098 .
- ^ "Familia de canales catiónicos receptores P2X con puerta de ATP (receptor P2X)" . Clasificación funcional y filogenética de las proteínas transportadoras de membrana . Laboratorio Saier. Grupo, UCSD y SDSC.
- ^ Chen JS, Reddy V, Chen JH, Shlykov MA, Zheng WH, Cho J y col. (2011). "Caracterización filogenética de las superfamilias de proteínas de transporte: superioridad de los programas SuperfamilyTree sobre los basados en alineaciones múltiples" . Revista de Microbiología y Biotecnología Molecular . 21 (3–4): 83–96. doi : 10.1159 / 000334611 . PMC 3290041 . PMID 22286036 .
- ^ Saxena A, Hanukoglu I, Strautnieks SS, Thompson RJ, Gardiner RM, Hanukoglu A (noviembre de 1998). "Estructura genética de la subunidad beta del canal de sodio epitelial sensible a amilorida humana". Comunicaciones de investigación bioquímica y biofísica . 252 (1): 208-13. doi : 10.1006 / bbrc.1998.9625 . PMID 9813171 .
- ^ Shekdar K, Langer J, Venkatachalan S, Schmid L, Anobile J, Shah P, et al. (Marzo de 2021). "Método de ingeniería celular utilizando sondas de señalización de oligonucleótidos fluorogénicos y citometría de flujo" . Cartas de biotecnología . doi : 10.1007 / s10529-021-03101-5 . PMC 7937778 . PMID 33683511 .
- ^ Mall M, Grubb BR, Harkema JR, O'Neal WK, Boucher RC (mayo de 2004). "El aumento de la absorción de Na + epitelial de las vías respiratorias produce una enfermedad pulmonar similar a la fibrosis quística en ratones". Medicina de la naturaleza . 10 (5): 487–93. doi : 10,1038 / nm1028 . PMID 15077107 . S2CID 45366866 .
- ^ Grubb BR, O'Neal WK, Ostrowski LE, Kreda SM, Button B, Boucher RC (enero de 2012). "La expresión de hCFTR transgénica no corrige la enfermedad pulmonar del ratón β-ENaC" . Revista estadounidense de fisiología. Fisiología Celular y Molecular Pulmonar . 302 (2): L238-47. doi : 10.1152 / ajplung.00083.2011 . PMC 3349361 . PMID 22003093 .
- ^ Toczyłowska-Mamińska R, Dołowy K (febrero de 2012). "Proteínas transportadoras de iones del epitelio bronquial humano". Revista de bioquímica celular . 113 (2): 426–32. doi : 10.1002 / jcb.23393 . PMID 21975871 . S2CID 31970069 .
- ^ Berdiev BK, Qadri YJ, Benos DJ (febrero de 2009). "Valoración de la asociación CFTR y ENaC" . Biosistemas moleculares . 5 (2): 123–7. doi : 10.1039 / B810471A . PMC 2666849 . PMID 19156256 .
- ^ Enfermedades del canal de iones
enlaces externos
- Canal epitelial + sodio + en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .