Эпителиальный натриевый канал - Википедия - Epithelial sodium channel

Амилорид-чувствительный натриевый канал
ENaC 6BQN subunit-color.png
Структура ENaC человека.[1]
Идентификаторы
СимволASC
PfamPF00858
ИнтерПроIPR001873
PROSITEPDOC00926
SCOP26BQN / Объем / СУПФАМ
TCDB1.A.6
OPM суперсемейство181
Белок OPM4fz1

В эпителиальный натриевый канал (короткая: ENaC, также: амилорид-чувствительный натриевый канал) является мембраносвязанным ионный канал который избирательно проницаем для ионы из натрий (Na+) и который собран как гетеротример, состоящий из трех гомологичных субъединиц α или δ, β и γ,[2] Эти субъединицы кодируются четырьмя генами: SCNN1A, SCNN1B, SCNN1G, и SCNN1D. Он участвует в основном в реабсорбции ионов натрия в сборные каналы из почка с нефроны.

Апикальные мембраны многих плотных эпителиев содержат натриевые каналы которые характеризуются, прежде всего, высоким сродством к мочегонное средство блокиратор амилорид.[2][3][4][5] Эти каналы обеспечивают первую стадию активной реабсорбции натрия, необходимой для поддержания гомеостаза соли и воды в организме.[3] В позвоночные каналы контролируют реабсорбцию натрия в почках, толстой кишке, легких и потовых железах; они также играют роль во вкусовом восприятии.

Эпителиальные натриевые каналы структурно и, вероятно, эволюционно связаны с P2X пуринорецепторы, болевые рецепторы, которые активируются при обнаружении АТФ.

Расположение и функции

ENaC находится в апикальной мембране поляризованные эпителиальные клетки в частности в почка (прежде всего в собирательном канальце) легкое, кожа,[6] мужские и женские репродуктивные пути и двоеточие.[2][7][8] Эпителиальные натриевые каналы способствуют реабсорбции Na2 через апикальные мембраны эпителия в дистальных нефрон, дыхательные и репродуктивные пути и экзокринные железы. Поскольку концентрация ионов Na⁺ является основным фактором, определяющим внеклеточной жидкости осмолярность, изменения концентрации Na⁺ влияют на движение жидкостей и, следовательно, на объем жидкости и кровяное давление. Активность ENaC в толстой кишке и почках модулируется минералкортикоид альдостерон. Его можно заблокировать либо триамтерен или же амилорид, которые используются в медицине как мочегонные средства. В почках он подавляется предсердный натрийуретический пептид, вызывая натрийурез и диурез.

Эпителиальные Na + каналы (ENaC) в головном мозге играют важную роль в регуляции кровяного давления.[9] Нейроны вазопрессина (VP) играют ключевую роль в координации нейроэндокринных и вегетативных ответов для поддержания сердечно-сосудистого гомеостаза. Высокое потребление соли с пищей вызывает увеличение экспрессии и активности ENaC, что приводит к устойчивой деполяризации нейронов VP.[9] Это один из механизмов, лежащих в основе того, как потребление соли с пищей влияет на активность нейронов VP через активность ENaC. Каналы ENaC в головном мозге участвуют в реакции артериального давления на пищевой натрий.

Исследования иммунофлуоресценции с высоким разрешением показали, что в дыхательных путях и женских половых путях ENaC располагается по всей длине реснички покрывающие поверхность многоклеточных ресничек.[7] Следовательно, в этих эпителиях с подвижными ресничками ENaC функционирует 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 очищение поверхности слизистой оболочки, а в женских половых путях подвижность ресничек важна для движения ооцитов.[7]

В отличие от ENaC, CFTR который регулирует транспорт хлорид-ионов, не обнаруживается на ресничках. Эти данные противоречат предыдущей гипотезе о том, что ENaC подавляется прямым взаимодействием с CFTR. У пациентов с кистозный фиброз (CF), CFTR не может подавлять ENaC, вызывая гиперабсорбцию в легких и рецидивирующие инфекции легких. Было высказано предположение, что это может быть лиганд-управляемый ионный канал.[10]

В эпидермальных слоях кожи ENaC экспрессируется в кератиноцитах, сальных железах и гладкомышечных клетках.[6] В этих клетках ENaC в основном располагается в цитоплазме.[6] В эккриновых потовых железах ENaC преимущественно располагается в апикальной мембране, обращенной к просвету потовых протоков.[6] Основная функция ENaC в этих протоках - повторное поглощение ионов Na⁺, которые выводятся с потом. У пациентов с мутациями ENaC, вызывающими системный псевдогипоальдостеронизм I типа, пациенты могут терять значительное количество ионов Na⁺, особенно в жарком климате.

ENaC также находится в вкусовые рецепторы, где он играет важную роль в соленость восприятие. У грызунов практически весь солевой вкус опосредуется ENaC, тогда как у людей он, по-видимому, играет менее значительную роль: около 20 процентов могут быть отнесены к эпителиальному натриевому каналу.

Ионная селективность

Исследования показывают, что канал ENaC проницаем для Na+ и Ли+ ионов, но имеет очень низкую проницаемость для K+, CS+ или же Руб.+ ионы.[11][12]

Транспортная реакция

Обобщенная транспортная реакция для Na+ каналы это:

Na+ (уходит) → Na+ (в)

Что для дегенеринов:

Катион (выход) → катион (в)

Структура

Схема, демонстрирующая расположение подразделений

ENaC состоит из трех различных субъединиц: α, β, γ.[2][13] Все три субъединицы необходимы для транспорта мембранной сборки функциональных каналов на мембране.[14] С-конец каждой субъединицы ENaC содержит мотив PPXY, который при мутации или делеции в β- или γ-субъединице ENaC приводит к синдрому Лиддла, аутосомно-доминантной форме гипертензии у человека. В криоЭМ структура ENaC указывает на то, что канал является гетеротримерный белок словно кислоточувствительный ионный канал 1 (ASIC1), который принадлежит к той же семье.[15][16] Каждая из субъединиц состоит из двух трансмембранных спиралей и внеклеточной петли. Амино- и карбоксиконцы всех трех полипептидов расположены в цитозоль.

Кристаллическая структура ASIC1 и исследования сайт-направленного мутагенеза позволяют предположить, что ENaC имеет центральный ионный канал, расположенный вдоль центральной оси симметрии между тремя субъединицами.[12][17]

С точки зрения структуры, белки, принадлежащие к этому семейству, состоят из примерно 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.[18]

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 поджелудочная железа, яички, легкое и яичники. Их функция пока неизвестна.

Семьи

Члены эпителиального Na+ Канал (ENaC) делится на четыре подсемейства, называемых альфа, бета, гамма и дельта.[4] Белки демонстрируют ту же очевидную топологию, каждый с двумя трансмембранными (TM) -протяжными сегментами (TMS), разделенными большой внеклеточной петлей. В большинстве белков ENaC, изученных на сегодняшний день, внеклеточные домены высококонсервативны и содержат многочисленные остатки цистеина с фланкирующими С-концевыми амфипатическими областями TM, которые, как предполагается, вносят вклад в формирование гидрофильных пор белковых комплексов олигомерных каналов. Считается, что хорошо законсервированные внеклеточные домены служат рецепторами для контроля активности каналов.

Белки ENaC позвоночных из эпителиальных клеток плотно сгруппированы на филогенетическом дереве; Нечувствительные к напряжению гомологи ENaC также обнаруживаются в головном мозге. Многие секвенированные белки C. elegans, включая дегенерины червей, отдаленно родственны белкам позвоночных, а также друг другу. Белки ENaC позвоночных похожи на дегенерины Caenorhabditis elegans:[18] deg-1, del-1, mec-4, mec-10 и unc-8. Эти белки могут подвергаться мутации, вызывая деградацию нейронов, и также считается, что они образуют натриевые каналы.

Надсемейство

Эпителиальный натрий (Na+) channel (ENaC) принадлежит к суперсемейству ENaC / P2X.[19] Рецепторы ENaC и P2X имеют сходную трехмерную структуру и гомологичны.[20]

Гены

Экзон-интронная архитектура трех генов, кодирующих три субъединицы ENaC, остается высококонсервативной, несмотря на расхождение их последовательностей.[21]

Существует четыре связанных натриевых канала, чувствительных к амилориду:

Клиническое значение

Структура амилорид, блокировщик каналов

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

На воздушных трассах CFTR позволяет секреция хлорида, а ионы натрия и воды следуют пассивно. Однако в отсутствие функционального CFTR канал ENaC активируется и дополнительно 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 собирается в дыхательных путях, препятствуя газообмену и позволяя собирать бактерии.[22] Тем не менее, активация CFTR не корректирует влияние высокоактивного ENaC.[23] Вероятно, для поддержания функционального ионного гомеостаза в эпителиальной ткани легких необходимы другие взаимодействующие белки, такие как калиевые каналы, аквапорины или Na / K-АТФаза.[24]

В потовых железах CFTR отвечает за реабсорбция хлорида в протоке пота. Ионы натрия пассивно проходят через ENaC в результате электрохимического градиента, вызванного потоком хлоридов. Это снижает потерю соли и воды. В отсутствие потока хлоридов при муковисцидозе ионы натрия не проходят через ENaC, что приводит к большей потере соли и воды. (Это верно, несмотря на усиление регуляции канала ENaC, поскольку поток в потовых протоках ограничен электрохимическим градиентом, создаваемым потоком хлоридов через CFTR.) Таким образом, кожа пациентов имеет соленый вкус, и это обычно используется для диагностики болезнь, как в прошлом, так и сегодня по современным электрическим испытаниям.[25]

Усиление функциональных мутаций субъединиц β и γ связано с Синдром Лиддла.[26]

Амилорид и триамтерен находятся калийсберегающие диуретики которые действуют как блокаторы эпителиальных натриевых каналов.

Рекомендации

  1. ^ Норенг, Сигрид; Бхарадвадж, Арпита; Позерт, Ричард; Йошиока, Крейг; Баконги, Изабель (25 сентября 2018). «Структура эпителиального натриевого канала человека с помощью криоэлектронной микроскопии». eLife. 7: e39340. Дои:10.7554 / eLife.39340. ISSN  2050-084X.
  2. ^ а б c d Ханукоглу И., Ханукоглу А. (январь 2016 г.). «Семейство эпителиальных натриевых каналов (ENaC): филогения, структура-функция, распределение тканей и связанные наследственные заболевания». Ген. 579 (2): 95–132. Дои:10.1016 / j.gene.2015.12.061. ЧВК  4756657. PMID  26772908.
  3. ^ а б Гарти Х (май 1994). «Молекулярные свойства эпителиальных, блокирующих амилоридом Na + каналов». Журнал FASEB. 8 (8): 522–8. Дои:10.1096 / fasebj.8.8.8181670. PMID  8181670.
  4. ^ а б Ле Т., Сайер М. Х. (1996). «Филогенетическая характеристика семейства эпителиальных Na + каналов (ENaC)». Молекулярная мембранная биология. 13 (3): 149–57. Дои:10.3109/09687689609160591. PMID  8905643.
  5. ^ Waldmann R, Champigny G, Bassilana F, Voilley N, Lazdunski M (ноябрь 1995 г.). «Молекулярное клонирование и функциональная экспрессия нового амилорид-чувствительного Na + канала». Журнал биологической химии. 270 (46): 27411–4. Дои:10.1074 / jbc.270.46.27411. PMID  7499195.
  6. ^ а б c d Ханукоглу И., Боггула В.Р., Вакнин Х., Шарма С., Клейман Т., Ханукоглу А. (январь 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.
  7. ^ а б c Энука Ю., Ханукоглу И., Эдельхейт О, Вакнин Х., Ханукоглу А. (март 2012 г.). «Эпителиальные натриевые каналы (ENaC) равномерно распределены на подвижных ресничках в яйцеводе и дыхательных путях». Гистохимия и клеточная биология. 137 (3): 339–53. Дои:10.1007 / s00418-011-0904-1. PMID  22207244.
  8. ^ Шарма С., Ханукоглу А., Ханукоглу И. (февраль 2018 г.). «Локализация эпителиального натриевого канала (ENaC) и CFTR в зародышевом эпителии яичка, клетках Сертоли и сперматозоидах». Журнал молекулярной гистологии. 49 (2): 195–208. Дои:10.1007 / s10735-018-9759-2. PMID  29453757.
  9. ^ а б Шарма К., Хак М., Гидри Р., Уэта И., Теруяма Р. (сентябрь 2017 г.). «+ каналы (ENaC) в магноцеллюлярных нейросекреторных нейронах вазопрессина в супраоптическом ядре крысы». Журнал физиологии. 595 (17): 5857–5874. Дои:10.1113 / JP274856. ЧВК  5577521. PMID  28714095.
  10. ^ Хорисбергер JD, Chraïbi A (2004). "Эпителиальный натриевый канал: канал, управляемый лигандом?". Физиология нефрона. 96 (2): 37–41. Дои:10.1159/000076406. PMID  14988660.
  11. ^ Happle R (октябрь 1990 г.). «Птихотропизм как кожный признак ДЕТСКОГО синдрома». Журнал Американской академии дерматологии. 23 (4, п. 1): 763–6. Дои:10.1016 / 0190-9622 (90) 70285-п. PMID  2229513.
  12. ^ а б Ханукоглу I (2017). «Натриевые каналы типа ASIC и ENaC: конформационные состояния и структура фильтров ионной селективности» (PDF). Журнал FEBS. 284 (4): 525–545. Дои:10.1111 / фев.13840. PMID  27580245.
  13. ^ Loffing J, Schild L (ноябрь 2005 г.). «Функциональные домены эпителиального натриевого канала». Журнал Американского общества нефрологов. 16 (11): 3175–81. Дои:10.1681 / ASN.2005050456. PMID  16192417.
  14. ^ Эдельхейт О, Ханукоглу И., Даскаль Н., Ханукоглу А. (апрель 2011 г.). «Идентификация роли консервативных заряженных остатков во внеклеточном домене субъединицы эпителиального натриевого канала (ENaC) с помощью аланинового мутагенеза». Американский журнал физиологии. Почечная физиология. 300 (4): F887-97. Дои:10.1152 / ajprenal.00648.2010. PMID  21209000.
  15. ^ Норенг, Сигрид; Бхарадвадж, Арпита; Позерт, Ричард; Йошиока, Крейг; Баконги, Изабель (25 сентября 2018). «Структура эпителиального натриевого канала человека с помощью криоэлектронной микроскопии». eLife. 7: e39340. Дои:10.7554 / eLife.39340. ISSN  2050-084X.
  16. ^ Ясти Дж., Фурукава Х., Гонсалес Э. Б., Гуо Э. (2007). «Структура кислоточувствительного ионного канала 1 при разрешении 1,9 Å и низком pH». Природа. 449 (7160): 316–322. Дои:10.1038 / природа06163. PMID  17882215.
  17. ^ Эдельхейт О., Бен-Шахар Р., Даскаль Н., Ханукоглу А., Ханукоглу И. (апрель 2014 г.). «Консервативные заряженные остатки на поверхности и границе раздела эпителиальных субъединиц натриевых каналов - роли в экспрессии на клеточной поверхности и реакции самоингибирования натрия». Журнал FEBS. 281 (8): 2097–111. Дои:10.1111 / фев.12765. PMID  24571549.
  18. ^ а б Снайдер PM, McDonald FJ, Stokes JB, Welsh MJ (сентябрь 1994 г.). «Мембранная топология амилорид-чувствительного эпителиального натриевого канала». Журнал биологической химии. 269 (39): 24379–83. PMID  7929098.
  19. ^ «Семейство катионных каналов рецептора P2X с АТФ (рецептор P2X)». Функциональная и филогенетическая классификация белков мембранного транспорта.. Saier Lab. Group, UCSD и SDSC.
  20. ^ Чен Дж.С., Редди В., Чен Дж.Х., Шлыков М.А., Чжэн У.Х., Чо Дж., Йен М.Р., Сайер М.Х. (2011). «Филогенетическая характеристика суперсемейств транспортных белков: превосходство программ SuperfamilyTree над программами, основанными на множественных сопоставлениях». J. Mol. Microbiol. Биотехнология. 21 (3–4): 83–96. Дои:10.1159/000334611. ЧВК  3290041. PMID  22286036.
  21. ^ Саксена А., Ханукоглу И., Страутниекс С.С., Томпсон Р.Дж., Гардинер Р.М., Ханукоглу А. (ноябрь 1998 г.). «Генная структура человеческой амилорид-чувствительной эпителиальной бета-субъединицы натриевого канала». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях. 252 (1): 208–13. Дои:10.1006 / bbrc.1998.9625. PMID  9813171.
  22. ^ Mall M, Grubb BR, Harkema JR, O'Neal WK, Boucher RC (май 2004 г.). «Повышенная абсорбция Na + эпителиальными дыхательными путями вызывает у мышей заболевание легких, подобное муковисцидозу». Природа Медицина. 10 (5): 487–93. Дои:10,1038 / нм 1028. PMID  15077107.
  23. ^ Грабб Б.Р., О'Нил В.К., Островски Л.Э., Креда С.М., Баттон Б, Бушер Р.К. (январь 2012 г.). «Экспрессия трансгенного hCFTR не может исправить заболевание легких у мышей с β-ENaC». Американский журнал физиологии. Клеточная и молекулярная физиология легких. 302 (2): Л238-47. Дои:10.1152 / ajplung.00083.2011. ЧВК  3349361. PMID  22003093.
  24. ^ Toczyłowska-Mamińska R, Dołowy K (февраль 2012 г.). «Ион-транспортирующие белки эпителия бронхов человека». Журнал клеточной биохимии. 113 (2): 426–32. Дои:10.1002 / jcb.23393. PMID  21975871.
  25. ^ Бердиев Б.К., Кадри Ю.Дж., Бенос Д.Дж. (февраль 2009 г.). «Оценка ассоциации CFTR и ENaC». Молекулярные биосистемы. 5 (2): 123–7. Дои:10.1039 / B810471A. PMID  19156256.
  26. ^ Заболевания ионных каналов

внешняя ссылка

Эта статья включает текст из общественного достояния Pfam и ИнтерПро: IPR001873