KCNB1 | |||||||||||||||||||||||||
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Identificadores | |||||||||||||||||||||||||
Alias | KCNB1 , DRK1, KV2.1, h-DRK1, EIEE26, miembro 1 de la subfamilia B del canal dependiente de voltaje de potasio, DEE26 | ||||||||||||||||||||||||
Identificaciones externas | OMIM : 600397 MGI : 96666 HomoloGene : 37988 GeneCards : KCNB1 | ||||||||||||||||||||||||
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Ortólogos | |||||||||||||||||||||||||
Especies | Humano | Ratón | |||||||||||||||||||||||
Entrez |
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Ensembl |
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UniProt |
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Ubicación (UCSC) | 20: 49,29 - 49,48 Mb | Crónicas 2: 167,1 - 167,19 Mb | |||||||||||||||||||||||
Búsqueda en PubMed | [3] | [4] | |||||||||||||||||||||||
Wikidata | |||||||||||||||||||||||||
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El canal dependiente de voltaje de potasio, subfamilia relacionada con Shab, miembro 1 , también conocido como KCNB1 o K v 2.1 , es una proteína que, en los seres humanos, está codificada por el gen KCNB1 . [5] [6] [7]
El miembro uno de la subfamilia B del canal dependiente de voltaje de potasio , o simplemente conocido como KCNB1, es un rectificador retardado y un canal de potasio dependiente de voltaje que se encuentra en todo el cuerpo. El canal tiene diversas funciones. Sin embargo, su función principal, como rectificador retardado, es propagar la corriente en su respectiva ubicación. Se expresa comúnmente en el sistema nervioso central , pero también se puede encontrar en las arterias pulmonares , las células ciliadas auditivas externas, las células madre , la retina y órganos como el corazón y el páncreas . Se ha descubierto que la modulación de la actividad y expresión de los canales de K + está en el meollo de muchos trastornos fisiopatológicos profundos en varios tipos de células.[8]
Los canales de potasio se encuentran entre los canales iónicos más diversos de los eucariotas. Con más de 100 genes que codifican numerosas funciones, muchas isoformas de canales de potasio están presentes en el cuerpo, pero la mayoría se divide en dos grupos principales: canales transitorios inactivantes y rectificadores retardados no inactivantes. Debido a las múltiples formas variadas, los canales rectificadores retardados de potasio se abren o cierran en respuesta a una miríada de señales. Estos incluyen: despolarización o hiperpolarización celular , aumentos en las concentraciones de calcio intracelular, unión de neurotransmisores o actividad de segundo mensajero como proteínas G o quinasas . [9]
La estructura general de todos los canales de potasio contiene un poro centrado compuesto por subunidades alfa con un bucle de poro expresado por un segmento de ADN conservado , T / SxxTxGxG. Esta secuencia general comprende la selectividad del canal de potasio. Dependiendo del canal, las subunidades alfa se construyen en una homo o heteroasociación, creando un poro de selectividad de 4 subunidades o un poro de 2 subunidades, cada una con subunidades beta accesorias unidas intracelularmente. También en el lado citoplásmico están los terminales N y C, que juegan un papel crucial en la activación y desactivación de los canales KCNB1. Este poro crea la abertura principal del canal por donde fluyen los iones de potasio. [10]
El tipo de dominio de poro (número de subunidades) determina si el canal tiene las típicas 6 regiones transmembrana (proteína) que atraviesan, o el tipo rectificador interno menos dominante de solo 2 regiones. KCNB1 tiene 6TM etiquetado como S1-S6, cada uno con una estructura tetramérica. S5 y S6 crean el bucle p, mientras que S4 es la ubicación del sensor de voltaje. S4, junto con S2 y S3 crean las porciones de "activación" del canal rectificador retardado. [10]Los complejos heteroméricos que contienen el poro distintivo son eléctricamente inactivos o no conductores, pero a diferencia de otras familias de potasio, el poro del grupo KCNB1 tiene numerosos sitios de fosforilación que permiten la actividad quinasa. Los canales de KCNB1 que maduran desarrollan estos sitios de fosforilación dentro del poro del canal, pero carecen de una etapa de glicosilación en el extremo N-terminal. [11]
Específicamente, el canal rectificador retardado KCNB1 conduce una corriente de potasio (K +). Esto media la activación de alta frecuencia debido a los sitios de fosforilación ubicados dentro del canal a través de quinasas y un importante influjo de calcio típico de todas las neuronas. [11]
La cinética que rodea a la activación y desactivación del canal KCNB1 es relativamente desconocida y ha sido objeto de un estudio considerable. Tres de las seis regiones transmembrana, S2, S3 y S4, contribuyen a la fase de activación del canal. Tras la despolarización, la región S4, que está cargada positivamente, se mueve en respuesta a la posterior carga positiva de la despolarización. Como resultado del movimiento de S4, las regiones cargadas negativamente de S2 y S3 también parecen moverse. [10] El movimiento de estas regiones provoca una apertura de la puerta del canal dentro de las regiones de S5 y S6. [12]Las regiones intracelulares de los extremos C y N también juegan un papel crucial en la cinética de activación del canal. Los dos extremos interactúan entre sí, ya que el extremo C se pliega alrededor del extremo N durante la activación del canal. El movimiento relativo entre los terminales N y C ayuda en gran medida a producir un cambio conformacional del canal necesario para la apertura del canal. Se cree que esta interacción entre estas regiones intracelulares está vinculada con las regiones que atraviesan la membrana de S1 y S6 y, por tanto, ayuda en el movimiento de S2, S3 y S4 para abrir el canal. [10] [12] Se ha demostrado que los estudios sobre mutaciones selectivas que anulan estos extremos intracelulares producen reducciones más grandes en la velocidad y probabilidad de apertura del canal, lo que indica su importancia en la activación del canal.[10]
Potasio dependiente de voltaje ( K V ) canales representan la clase más complejo de los canales iónicos dependientes de voltaje desde ambos puntos de vista funcionales y estructurales. [5] El papel más frecuente de los canales de potasio rectificadores retardados es en la fase descendente de los potenciales de acción fisiológicos . Los rectificadores de KCNB1 también son importantes en la formación del ritmo cardíaco y la sincronía de frecuencia que existe dentro del corazón, y la lisis de las moléculas diana en la respuesta inmune. Estos canales también pueden actuar como efectores en la señalización aguas abajo en la transducción del receptor acoplado a proteína G. La regulación y propagación de la corriente de KCNB1 proporciona un medio para el control regulador sobre varias funciones fisiológicas. [9]Sus diversas funciones incluyen regular la liberación de neurotransmisores , la frecuencia cardíaca , la secreción de insulina , la excitabilidad neuronal, el transporte de electrolitos epiteliales, la contracción del músculo liso y la apoptosis . [5]
Los canales de potasio activados por voltaje son esenciales para regular el potencial de la membrana neuronal y para contribuir a la producción y activación del potencial de acción. [13] En las neuronas del SNC de mamíferos, KCNB1 es una corriente de potasio rectificadora retardada predominante que regula la excitabilidad neuronal, la duración del potencial de acción y los picos tónicos. Esto es necesario cuando se trata de la liberación adecuada de neurotransmisores, ya que dicha liberación depende del potencial de membrana. En los cardiomiocitos de ratón, el canal KCNB1 es el sustrato molecular de la corriente de repolarización principal I K-slow2 . Los ratones transgénicos , que expresan una isoforma negativa dominante de KCNB1, exhiben potenciales de acción marcadamente prolongados y demuestranarritmia . [14] KCNB1 también contribuye a la función y regulación de las fibras musculares lisas. Los estudios en humanos sobre las arterias pulmonares han demostrado que la inhibición fisiológica normal de la corriente KCNB1 ayuda a la vasoconstricción de las arterias. [15] En las células ß pancreáticas humanas, KCNB1, que media la salida de potasio, produce una disminución del potencial de acción en la célula. [16] En efecto, este comportamiento secreción se detiene la insulina, ya que su activación disminuye el Ca v afluencia del canal de calcio mediada que es necesario para la exocitosis de la insulina. También se ha encontrado que KCNB1 promueve la apoptosis dentro de las células neuronales. [8]Actualmente se cree que la apoptosis inducida por KCNB1 ocurre en respuesta a un aumento en las especies reactivas de oxígeno (ROS) que resulta de la oxidación aguda o como consecuencia de otras tensiones celulares. [11]
La conductancia de KCNB1 está regulada principalmente por oligomerización y fosforilación . Las formas adicionales de regulación incluyen SUMOilación y acetilación , aunque el efecto directo de estas modificaciones aún está bajo investigación. Los sitios de consenso de KCNB1 en el extremo N no están sujetos a glicosilación . [8]
Muchas proteínas experimentan fosforilación o la adición de grupos fosfato a subunidades de aminoácidos . La fosforilación está modulada por quinasas , que agregan grupos fosfato, y fosfatasas , que eliminan los grupos fosfato. En su estado fosforilado, KCNB1 es un mal conductor de corriente. Hay 16 sitios de fosforilación que están sujetos a la actividad de las quinasas, como la quinasa 5 dependiente de ciclina y la proteína quinasa activada por AMP . Estos sitios están regulados reversiblemente por fosfatasas como fosfatasa calcineurina. En períodos de alta actividad eléctrica, la despolarización de la neurona aumenta la entrada de calcio y desencadena la actividad de la fosfatasa. En condiciones de reposo, KCNB1 tiende a fosforilarse. La fosforilación aumenta el requisito de voltaje umbral para la activación y permite que los microdominios se unan al canal, evitando que KCNB1 ingrese a la membrana plasmática. Los microdominios localizan KCNB1 en las dendritas de los cuerpos celulares del hipocampo y las neuronas corticales. La conductancia asociada con la desfosforilación de este canal actúa para disminuir o terminar los períodos de alta excitabilidad. Sin embargo, esta relación no es estática y depende de la celda. El papel de la fosforilación puede verse afectado por especies reactivas de oxígeno (ROS) que aumentan durante el estrés oxidativo. Los ROS actúan aumentando los niveles de zinc (Zn 2+) y calcio (Ca2+) intracelularmente que actúan con proteína quinasas para fosforilar ciertos sitios en KCNB1. Esta fosforilación aumenta la inserción de KCNB1 en la membrana y eleva la conductancia. En estas condiciones , se potencia la interacción con la sintaxina de la proteína SNARE . Esta oleada de corriente de KCNB1 induce la activación de una vía proapoptótica, la fragmentación del ADN y la activación de la caspasa. [8]
Otro mecanismo propuesto para la regulación de la apoptosis es la oligomerización, o el proceso de formación de complejos de múltiples proteínas que se mantienen unidos mediante enlaces disulfuro . Bajo estrés oxidativo, se forman especies reactivas de oxígeno (ROS) y actúan para regular KCNB1 a través de la oxidación. El aumento de radicales de oxígeno provoca directamente la formación de oligómeros KCNB1 que luego se acumulan en la membrana plasmática y disminuyen inicialmente el flujo de corriente. [17] [18] La activación de oligómeros de c-Src y JNK quinasas induce la señal proapoptótica inicial, que se acopla a la corriente KCNB1. Esto promueve aún más la vía de la apoptosis. [19] Se han detectado oligómeros de KCNB1 en el hipocampo humano post mortem [20]
Los rectificadores retardados de potasio se han implicado en muchos usos farmacológicos en la investigación de toxinas biológicas para el desarrollo de fármacos. Un componente principal de muchas de las toxinas con efectos negativos sobre los rectificadores retardados contiene inhibidores de cistina que se organizan alrededor de formaciones de enlaces disulfuro . Muchas de estas toxinas se originan en especies de tarántulas. G. Spatulata produce la hanatoxina , que fue el primer fármaco que se manipuló para interactuar con los receptores KCNB1 al inhibir la activación de la mayoría de los canales de potasio dependientes de voltaje. Otras toxinas, como estromatoxina , heteroscordratoxina y guangxitoxina, apuntan a la selectividad de los rectificadores de voltaje KCNB1, ya sea reduciendo la afinidad de unión al potasio o aumentando la tasa de unión del potasio. Esto puede provocar excitotoxicidad o sobreestimulación de las neuronas postsinápticas. En la naturaleza, las presas de tarántula a las que se les inyectan estas toxinas endógenas inducen este efecto excitotóxico, produciendo parálisis para su fácil captura. Fisiológicamente, estos venenos actúan sobre la afinidad del rectificador KCNB1 alterando el sensor de voltaje de los canales, haciéndolo más o menos sensible a las concentraciones extracelulares de potasio. [21] KCNB1 también es susceptible al tetraetilamonio (TEA) y a la 4-aminopiridina.(4-AP), que bloquea completamente toda la actividad del canal. TEA también actúa sobre los canales de potasio activados por calcio, lo que fomenta sus efectos inhibidores sobre las neuronas y el músculo esquelético. Algunas isoformas de TEA son beneficiosas para los pacientes con Alzheimer grave , ya que el bloqueo de los canales de KCNB1 reduce la cantidad de apoptosis neuronal, lo que ralentiza la tasa de demencia. [22] Esto se ha atribuido a las propiedades oxidativas del canal por ROS. [9]
Se considera ampliamente que el daño oxidativo juega un papel en los trastornos neurodegenerativos, incluida la enfermedad de Alzheimer . Tal estrés oxidativo altera la sensibilidad redox del rectificador retardado Kv2.1, lo que resulta en la modulación del canal. [8] Los estudios in vitro y los estudios en modelos animales muestran que cuando el KCNB1 se oxida, deja de conducir, lo que hace que las neuronas se hiperpolaricen y mueran; KCNB1 oxidado también se agrupa en balsas de lípidosy no se puede internalizar, lo que también conduce a la apoptosis. Estas alteraciones interrumpen la señalización neuronal normal y aumentan la probabilidad de enfermedades neurológicas. Los canales de KCNB1 oxidados (oligomerizados) están presentes en el hipocampo de los donantes de edad (estadio 1-2 de Braak) y de la enfermedad de Alzheimer (estadio 5 de Braak) de ambos sexos [20] [23]
Como se indicó anteriormente, los estímulos dañinos oxidativos y nitrosativos también activan una cascada inductora de muerte celular que promueve una interacción dependiente de zinc y calcio / clamodulina entre la sintaxina y Kv2.1, lo que lleva a la inserción proapoptótica de canales de potasio adicionales en el plasma. membrana. Esta nueva población de canales ayuda en la pérdida de potasio intracelular, creando un entorno permisivo para la activación de proteasas y nucleasas en las neuronas lesionadas. [8] Los agentes que interfieren con la interacción Kv2.1 / sintaxina son altamente neuroprotectores en modelos de lesión isquémica aguda (accidente cerebrovascular) [24]
Una mayor probabilidad de que el canal permanezca abierto también puede impulsar la neurodegeneración. La demencia asociada al virus de la inmunodeficiencia humana tipo 1 (VIH-1) (HAD) puede ser impulsada por una sobreabundancia de glutamato , que a su vez puede desencadenar un aumento de los niveles de calcio, que a su vez puede impulsar la desfosforilación dependiente del calcio de los canales de KCNB1, que aumenta probabilidad de activación del canal y conductancia actual. La corriente mejorada de KCNB1 acopla la contracción celular asociada con la apoptosis y el reborde dendrítico que conduce a una potenciación disminuida a largo plazo . Estas modificaciones neuronales pueden explicar la atrofia del volumen de la capa celular y la muerte celular en etapa tardía observada en la enfermedad HAD. [25]
La explotación de este canal es ventajosa en la supervivencia de las células cancerosas, ya que tienen la capacidad de producir hemo oxigenasa-1 , una enzima con la capacidad de generar monóxido de carbono (CO). Las células oncogénicas se benefician de la producción de CO debido a los efectos antagonistas del canal KCNB1. La inhibición de KCNB1 permite la proliferación del cáncer sin que la vía apoptótica evite la formación de tumores. Aunque los canales de potasio se estudian como una diana terapéutica para el cáncer, esta regulación apoptótica depende del tipo de cáncer, el tipo de canal de potasio, los niveles de expresión, la localización intracelular y la regulación por factores pro o antiapoptóticos. [26]
Se ha demostrado que KCNB1 interactúa con:
Este artículo incorpora texto de la Biblioteca Nacional de Medicina de los Estados Unidos , que es de dominio público .