La proteína cinasa de serina / treonina WNK4, también conocida como proteína cinasa 4 deficiente en lisina WNK o WNK4 , es una enzima que en los seres humanos está codificada por el gen WNK4 . [5] Las mutaciones sin sentido causan una forma genética de pseudohipoaldosteronismo tipo 2, también llamado síndrome de Gordon .
WNK4 |
---|
|
Estructuras disponibles |
---|
PDB | Búsqueda de ortólogos: PDBe RCSB |
---|
Lista de códigos de identificación de PDB |
---|
2V3S , 4CH9 , 4CHB |
|
|
Identificadores |
---|
Alias | WNK4 , PHA2B, PRKWNK proteína quinasa 4 deficiente en lisina |
---|
Identificaciones externas | OMIM : 601844 MGI : 1917097 HomoloGene : 13020 GeneCards : WNK4 |
---|
Ubicación de genes ( humanos ) |
---|
| Chr. | Cromosoma 17 (humano) [1] |
---|
| Banda | 17q21.2 | Comienzo | 42,780,610 pb [1] |
---|
Final | 42,797,066 pb [1] |
---|
|
Ubicación de genes ( ratón ) |
---|
| Chr. | Cromosoma 11 (ratón) [2] |
---|
| Banda | 11 | 11 D | Comienzo | 101,260,567 pb [2] |
---|
Final | 101 277 409 pb [2] |
---|
|
Ontología de genes |
---|
Función molecular | • actividad de transferasa • unión de nucleótidos • actividad de la proteína quinasa • actividad quinasa • GO: proteína de unión 0001948 • actividad del inhibidor de canal de cloruro • de unión de ATP • serina / treonina quinasa actividad de la proteína • actividad del inhibidor del canal de potasio
|
---|
Componente celular | • citoplasma • bicelular unión estrecha • celular unión • citosol • membrana
|
---|
Proceso biológico | • proteína de localización • distal túbulo morfogénesis • regulación de proceso celular • ion homeostasis • fosforilación • ion transporte • transporte de cloruro • absorción renal de iones de sodio • regulación negativa de la secreción de jugo pancreático • GO: 0007243 intracelular de transducción de señales • la fosforilación de proteínas • regulación negativa de sodio transporte de iones • regulación positiva de la actividad del transportador transmembrana de iones • regulación positiva de la importación de iones de potasio a través de la membrana plasmática • regulación positiva de la actividad del transportador transmembrana de iones de sodio
|
---|
Fuentes: Amigo / QuickGO |
|
Ortólogos |
---|
Especies | Humano | Ratón |
---|
Entrez | | |
---|
Ensembl | | |
---|
UniProt | | |
---|
RefSeq (ARNm) | | |
---|
RefSeq (proteína) | | |
---|
Ubicación (UCSC) | Crónicas 17: 42,78 - 42,8 Mb | Crónicas 11: 101,26 - 101,28 Mb |
---|
Búsqueda en PubMed | [3] | [4] |
---|
Wikidata |
Ver / editar humano | Ver / Editar mouse |
|
WNK4 es un miembro de una familia de quinasas de serina / treonina que comprende cuatro miembros. La familia se denomina así porque, a diferencia de otras serina / treonina quinasas, las WNK se caracterizan por la falta de lisina en el subdominio II del dominio catalítico. [6] En cambio, una lisina en la hebra β2 del subdominio I del dominio catalítico es responsable de la actividad quinasa. [6]
El gen WNK4 se encuentra en el cromosoma 17q21-q22. Produce una proteína de 1243 aminoácidos codificada por un marco de lectura abierto de 3732 nucleótidos dentro de una transcripción de ADNc de 4 kb. [7] La proteína WNK4 se expresa en gran medida en el túbulo contorneado distal (DCT) y el conducto colector cortical (CDD) del riñón . [7] WNK4 también está presente en el cerebro, pulmones, hígado, corazón y colon de varias especies de mamíferos. [8] [9]
Se han encontrado mutaciones genéticas en WNK4 en pacientes con pseudohipoaldosteronismo tipo II (PHAII), [7] también conocido como hipertensión hiperpotasémica familiar (FHHt) [10] o síndrome de Gordon. [11] PHAII es una enfermedad hereditaria autosómica dominante caracterizada por hiperpotasemia , hipertensión y acidosis metabólica . WNK4 juega un papel fundamental en la regulación de varios transportadores y canales en el riñón. Las mutaciones que causan PHAII en WNK4 dan como resultado la desregulación de los transportadores y canales renales de sodio y potasio, lo que conduce a defectos en la retención de sodio y potasio por el riñón y, a su vez, aumenta la presión arterial y el nivel de potasio ( hiperpotasemia ).
La estructura terciaria de WNK4 no se ha aclarado hasta la fecha. Sin embargo, se identifican varias estructuras de dominio individuales de la proteína. Estos incluyen un dominio de quinasa cerca del extremo amino seguido de un dominio autoinhibidor, un motivo ácido, dos dominios en espiral y un dominio de unión a calmodulina en el segmento C-terminal ( Fig. 1 ). Se han revelado las estructuras para la quinasa y los dominios autoinhibidores de WNK1 . El alto nivel de similitud estructural entre WNK4 y WNK1 nos permite deducir detalles estructurales clave de WNK4 basados en los conocimientos obtenidos de las regiones correspondientes dentro de WNK1 . El dominio quinasa de WNK4 tiene una identidad de secuencia del 83% con el de WNK1 . El pliegue general del dominio quinasa de WNK1 se asemeja a los de otras proteína quinasas que tienen una arquitectura típica de dominio dual. [12] El dominio C-terminal de WNK4 tiene un alto grado de similitud con otras quinasas dentro de la familia. Por otro lado, el dominio N-terminal es único en tener una hoja β de seis hebras en lugar de una de cinco hebras para formar un barril β completo . [12]
Figura 1 .
Estructura del dominio de WNK4 y las posiciones de las mutaciones causantes de PHAII identificadas inicialmente. Las posiciones de los aminoácidos (aa) de los dominios se proporcionan entre paréntesis. Algunas mutaciones importantes de PHAII se localizan en el motivo ácido y el dominio de unión a calmodulina, respectivamente.
Se ha identificado un sitio de unión al ión cloruro en la región 320 DLG 323 del dominio quinasa en WNK4. [13] La unión del cloruro Cl - en esta región inhibe la activación de WNK4. El dominio autoinhibidor es un homólogo del dominio de homología 2 (PF2) de PASK / FRAY de unión a RFXV. [14] Los estudios estructurales han revelado que el dominio autoinhibidor consta de tres cadenas β y dos hélices α . [15] En particular, el surco de unión a RFXV está formado por la interfaz β3-αA de las proteínas WNK, donde el ligando del péptido RFXV interactúa directamente con los residuos Phe524, Asp531 y Glu539 de WNK1. [15] La interacción entre el motivo RFXV y el dominio autoinhibidor hace posible que la región C-terminal de WNK4 esté muy cerca del dominio de las quinasas y posteriormente regule su actividad.
Fig. 2. La cascada de fosforilación de WNK4-SPAK / OSR1-NCC. WNK4 fosforila y activa SPAK / OSR1, que a su vez fosforila y activa NCC. De esta manera, WNK4 regula la reabsorción de sodio en el túbulo contorneado distal y la secreción de potasio aguas abajo a través de sus efectos positivos sobre NCC.
Como quinasa típica , WNK4 logra la fosforilación de sus proteínas de sustrato mediante la adición de un resto fosfato de una manera dependiente de ATP . Esta modificación estructural generalmente da como resultado alteraciones funcionales de los sustratos posteriores. Algunos sustratos actualmente conocidos de WNK4 incluyen quinasas STE20-serina-prolina quinasa rica en alanina (SPAK) y quinasa de respuesta al estrés oxidativo 1 (OSR1), que a su vez pueden fosforilar y activar el cotransportador de cloruro de sodio (NCC) sensible a tiazidas [16 ] [17] ( Figura 2 ). Del mismo modo, WNK4 activa NKCC1 y desactivar los KCC 2 a través de un mecanismo de SPAK-dependiente. [18] La actividad quinasa de WNK4 se ha demostrado in vitro utilizando el dominio quinasa WNK4 purificado de E. coli . [19] Esta cascada de fosforilación es fundamental para regular la desregulación de la homeostasis del sodio y el potasio, que está relacionada con la patogenia de PHAII.
Además de NCC, WNK4 también regula múltiples canales de iones y cotransportadores en el riñón a través de varios mecanismos. Estos incluyen el canal epitelial de Na + (ENaC) , el canal de potasio medular externo renal (ROMK) , el potencial receptor transitorio miembro vanilloide 4 y 5 (TRPV4 / 5, canales de calcio), el cotransportador Na-K-2Cl 1 y 2 ( NKCC1 / 2) , K + -Cl - cotransportador tipo 2 (KCC2), y otros canales / transportadores. WNK4 inhibe las funciones de ENaC, ROMK y TRPV4 al reducir la expresión total y en la superficie celular de estos canales. [20] [21] [22] WNK4 mejora TRPV5 aumentando su tráfico directo a la membrana plasmática de una manera dependiente de la quinasa. [23] El efecto inhibidor de WNK4 sobre ROMK es revertido por suero y glucocorticoide quinasa 1 (SGK1) o por una correspondiente mutación fosfomimética S1169D en WNK4. [21] El segmento N-terminal de WNK4 que contiene el dominio quinasa y el motivo ácido es necesario para la inhibición de ROMK mediada por WNK4. [24] El segundo dominio de bobina enrollada de WNK4 media la regulación a la baja de TRPV4. La WNK4 y la proteína de unión al calcio 39 (Cab39) actúan juntas para activar los transportadores NKCC1 y NKCC2. [25]
Desregulación de la actividad de la quinasa WNK4
En 2001, se identificaron cuatro mutaciones sin sentido en el gen WNK4 en pacientes con pseudohipoaldosteronismo tipo 2 (PHAII) (Fig. 1 ). [7] Tres de estas mutaciones (E562K, D564A y Q565E) son sustituciones de cambio de carga en el motivo ácido de WNK4, que se conservan entre todos los miembros de la familia WNK en especies humanas y roedores. La cuarta sustitución (R1185C) se encuentra en el dominio de unión a calmodulina cerca del segundo dominio de espiral . También se han informado pocas otras mutaciones de PHAII en WNK4. Ejemplos de estas mutaciones incluyen E560G, [26] P561L, [27] y D564H, [28] todos los cuales están ubicados cerca o en el motivo ácido; y K1169E [29] que se encuentra entre la bobina enrollada 2 y el dominio de unión a calmodulina .
Fig. 3. Mecanismos propuestos por los cuales las mutaciones que causan PHAII en WNK4, KLHL3 y Cullin 3 conducen a un aumento de la actividad quinasa de WNK4. Panel izquierdo , en condiciones fisiológicas, la angiotensina II provoca un aumento de Ca
2+ intracelular . Los iones Ca
2+ interactúan con el motivo ácido de WNK4 y aumentan la actividad quinasa. Ca
2+ / calmodulina (CaM) también se une al dominio de unión de CaM C-terminal y alivia la inhibición de la actividad quinasa de WNK4. La proteína WNK4 es degradada por la ligasa de ubiquitina E3 KLHL3-Cullin 3.
Panel derecho , en la condición de PHAII, las mutaciones de PHAII en el motivo ácido imitan el estado de unión de Ca
2+ y conducen a un aumento en la actividad de la quinasa. La mutación R1185C alivia el efecto inhibidor del dominio C-terminal sobre la actividad quinasa de WNK4. Las mutaciones en KLHL3 o Cullin 3 alteran la degradación de la proteína WNK4, lo que conduce a un aumento de la actividad quinasa total.
Las mutaciones de PHAII parecen alterar los mecanismos subyacentes a la sensibilidad al Ca 2+ de la quinasa WNK4. Dos mecanismos son importantes a este respecto. Primero, las mutaciones que causan PHAII en el motivo ácido hacen que el dominio quinasa sea insensible a la concentración de Ca 2+ . El motivo ácido de WNK4 actúa potencialmente como un sensor de Ca 2+ , y la actividad de la quinasa WNK4 aumenta cuando la concentración de Ca 2+ es elevada. Esto se ha demostrado usando el dominio quinasa WNK4 aislado truncado para contener el motivo ácido. [19] La actividad de la quinasa se eleva cuando una mutación causante de PHAII está presente en el motivo ácido, similar a lo que se observa en un estado de unión a Ca 2+ ( Fig. 3 ). En segundo lugar, la región C-terminal de WNK4 que contiene el dominio de unión a calmodulina y múltiples sitios de fosforilación de SGK1 inhibe la actividad de WNK4 en el estado de reposo. [30] Sin embargo, cuando los niveles de Ca 2+ están elevados, el complejo Ca 2+ / calmodulina se une a la región C-terminal, desreprimiendo la actividad de la quinasa WNK4. Además, se cree que el motivo RFXV interactúa con el dominio autoinhibidor y posteriormente desencadena un cambio conformacional que acerca el C-terminal y el dominio quinasa para que tenga lugar el efecto inhibidor. La angiotensina II aumenta la fosforilación de SPAK y activa NCC a través de un mecanismo dependiente de WNK. [31] La activación de SPAK y NCC por la angiotensina II es anulada por la caída de WNK4. [32] La activación del receptor AT1 de angiotensina II se acopla a Gq / 11 para activar la fosfolipasa C y aumentar la concentración de Ca 2+ intracelular . Un aumento en la concentración de Ca 2+ eleva entonces la actividad de WNK4 a través de los mecanismos descritos anteriormente ( Fig. 3 , panel izquierdo). Las mutaciones que causan PHAII en el motivo ácido y la mutación R1185C en el dominio de unión a calmodulina activan constitutivamente el dominio de quinasa WNK4 permitiéndole funcionar a pesar de la ausencia de angiotensina II ( Fig. 3 , panel derecho).
La angiotensina II estimula la secreción de aldosterona , que induce SGK1 . SGK1 influye en las cascadas de señalización WNK-SPAK-NCC [33] y SGK1-ENaC. [34] Hay múltiples sitios de fosforilación de SGK1 en la región C-terminal de WNK4 ubicados dentro o cerca del dominio de unión a calmodulina . Se cree que la fosforilación de estos sitios mediada por SGK1 interrumpe el efecto del dominio inhibidor C-terminal y aumenta concomitantemente la actividad de la quinasa WNK4. [30] La alteración de la fosforilación de SGK1 por la mutación R1185C es otra indicación de que la mutación interrumpe el mecanismo inhibidor C-terminal en WNK4 ( Fig. 3 , panel derecho).
Desregulación de la abundancia de WNK4
Además de WNK1 y WNK4 , se han encontrado mutaciones en otros dos genes, CUL3 (que codifica Cullin 3 ) y KLHL3 (que codifica Kelch Like Family Member 3 ) en pacientes con PHAII. [35] [36] Estas dos proteínas son parte del complejo ligasa ubiquitina E3 involucrado en la degradación mediada por ubiquitina de WNK1 y WNK4. Las mutaciones que causan PHAII en KLHL3 y cullin 3 previenen las interacciones de estas proteínas entre sí y con WNK1 / 4. Las mutaciones en estas proteínas perjudican la degradación de WNK1 / 4. Esto, a su vez, aumenta la abundancia de proteínas de WNK1 / 4 y, concomitantemente, aumenta la actividad quinasa total. [37] El aumento de la actividad de la quinasa WNK4 conduce a la hiperactivación de NCC a través de las cascadas de WNK4-SPAK y / o OSR1-NCC, lo que finalmente da como resultado la retención de sodio y potasio por el riñón.
Actividad elevada de WNK4
Fig. 4. La consecuencia fisiológica de la actividad elevada de NCC debido al aumento de la actividad de la quinasa WNK4 en PHAII. Se muestran los segmentos del túbulo renal que contienen el túbulo contorneado distal y el túbulo conector sensible a la aldosterona y el conducto colector en condiciones normales y PHAII debido a mutaciones en WNK4, KLHL3 o cullina 3. Los efectos netos de estas mutaciones son elevar la actividad de la cinasa WNK4 en el túbulo contorneado distal. Esto conduce a la aumento de la reabsorción de Na
+ en el túbulo contorneado distal y por tanto menos Na
+ reabsorción y K
+ secreción. La consecuencia es la retención de Na
+ y K
+ , lo que provoca hipertensión arterial e hiperpotasemia con el tiempo.
El efecto principal de la actividad de la cinasa WNK4 elevada es el aumento de la reabsorción de sodio mediada por NCC en el túbulo contorneado distal del riñón. El aumento de la reabsorción de sodio en este segmento de la nefrona reduce la carga de sodio en el conducto colector , donde la reabsorción de sodio por el ENaC proporciona la fuerza impulsora para la secreción de potasio a través de ROMK ( fig. 4). La reabsorción de sodio por NCC hiperactiva anula la pérdida de reabsorción por ENaC , y el efecto neto es una retención de sodio moderada. Con el tiempo, esto contribuye potencialmente a la presión arterial elevada que se observa en los pacientes con PHAII. La reducción de la secreción de potasio por ROMK contribuye al desarrollo de hiperpotasemia . Los efectos directos de la actividad elevada de WNK4 sobre otros canales y transportadores, tales como ENaC, ROMK y los canales maxi K + activados por Ca 2+ , también pueden contribuir a la patogénesis de PHAII; sin embargo, las características principales de PHAII podrían explicarse por la ganancia de función de NCC.