Эпителиального натриевого канала (сокращенно: ENaC , также: амилорид-чувствительных натриевых каналов ) представляет собой связанный с мембраной ионного канала , который селективно проницаемой для ионов из натрия ( 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 собирательных трубочек в почках «ы нефронов . Помимо того, что они причастны к заболеваниям, при которых нарушен баланс жидкости на эпителиальных мембранах, включая отек легких, муковисцидоз, ХОБЛ и COVID-19, протеолизированные формы ENaC действуют как рецепторы солевого вкуса человека. [3]
Чувствительный к амилориду натриевый канал | ||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Идентификаторы | ||||||||||
Символ | ASC | |||||||||
Pfam | PF00858 | |||||||||
ИнтерПро | IPR001873 | |||||||||
ПРОФИЛЬ | PDOC00926 | |||||||||
SCOP2 | 6BQN / SCOPe / SUPFAM | |||||||||
TCDB | 1.A.6 | |||||||||
OPM суперсемейство | 181 | |||||||||
Белок OPM | 4fz1 | |||||||||
|
Апикальные мембраны многих плотных эпителиев содержат натриевые каналы , которые в первую очередь характеризуются высоким сродством к блокатору диуретиков амилориду . [2] [4] [5] [6] Эти каналы обеспечивают первую стадию активной реабсорбции натрия, необходимой для поддержания гомеостаза соли и воды в организме. [4] У позвоночных 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 пуринорецепторами P2X , болевыми рецепторами, которые активируются при обнаружении АТФ.
Расположение и функции
ENaC располагается в апикальной мембране поляризованных эпителиальных клеток, в частности, в почках (прежде всего в собирательных трубочках), легких , коже [7], мужских и женских половых путях и толстой кишке . [2] [8] [9] Эпителиальные натриевые каналы способствуют реабсорбции Na2 через апикальные мембраны эпителия в дистальных отделах нефрона , дыхательных и репродуктивных трактов и экзокринных желез . Поскольку концентрация ионов Na⁺ является основным определяющим фактором осмолярности внеклеточной жидкости , изменения концентрации Na⁺ влияют на движение жидкостей и, следовательно, на объем жидкости и кровяное давление. Активность ENaC в толстой кишке и почках модулируется минеральным кортикоидом альдостероном . Его можно заблокировать триамтереном или амилоридом , которые используются в медицине как диуретики . В почках он ингибируется предсердным натрийуретическим пептидом , вызывая натрийурез и диурез.
Эпителиальные Na + каналы (ENaC) в головном мозге играют важную роль в регуляции кровяного давления. [10] Вазопрессин (VP) нейроны 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. [10] 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 репродуктивных путях ENaC располагается по всей длине ресничек, которые покрывают поверхность мульти-ресничных клеток. [8] 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 важно для очистки поверхности слизистой оболочки , а в женских половых путях подвижность ресничек важна для движения ооцитов. [8]
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 муковисцидозом (CF) CFTR не может подавлять ENaC, вызывая гиперабсорбцию в легких и рецидивирующие легочные инфекции. Было высказано предположение, что это может быть ионный канал, управляемый лигандом . [11]
В эпидермальных слоях кожи ENaC экспрессируется в кератиноцитах, сальных железах и гладкомышечных клетках. [7] В этих клетках ENaC в основном располагается в цитоплазме. [7] В эккринных потовых железах ENaC преимущественно располагается в апикальной мембране, обращенной к просвету потовых протоков. [7] 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 во вкусовых рецепторах , где играет важную роль в восприятии солености . 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.
Протоэлизированные варианты ENaC также действуют как рецепторы солевого вкуса человека. Эта роль была впервые подтверждена с помощью сенсорных исследований на людях для оценки влияния 4-пропилфенил-2-фуроата на восприятие соленого вкуса поваренной соли хлорида натрия (NaCl). 4-пропилфенил-2-фуроат представляет собой соединение, которое, как было обнаружено, активирует протеолизованный ENaC. [12]
Ионная селективность
Исследования показывают, что канал ENaC проницаем для Na+
и Ли+ионов, но имеет очень небольшую проницаемость для K+, Cs+или Rb+ионы. [13] [14]
Транспортная реакция
Обобщенная транспортная реакция для Na+
каналы это:
- Na+
(выход) → Na+
(в)
Что для дегенеринов:
- Катион (выход) → катион (в)
Состав
ENaC состоит из трех различных субъединиц: α, β, γ. [2] [15] Все три субъединицы необходимы для транспорта в мембранную сборку функциональных каналов на мембране. [16] 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. CryoEM структура ENaC указывает на то, что канал представляет собой гетеротримерный белок , как ионный канал кислоты зондирования 1 (ASIC1) , который принадлежит к тому же семейству. [17] [18] Каждая из субъединиц состоит из двух трансмембранных спиралей и внеклеточной петли. Амино- и карбоксиконцы всех трех полипептидов расположены в цитозоле .
Кристаллическая структура ASIC1 и исследования сайт-направленного мутагенеза предполагают, что ENaC имеет центральный ионный канал, расположенный вдоль центральной оси симметрии между тремя субъединицами. [14] [19]
С точки зрения структуры белки, принадлежащие к этому семейству, состоят примерно из 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. [20]
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 поджелудочной железе , семенниках , легких и яичниках . Их функция пока неизвестна.
Семьи
Члены эпителиального Na+
Канал (ENaC) делится на четыре подсемейства, называемых альфа, бета, гамма и дельта. [5] Белки имеют одинаковую 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 группируются на филогенетическом дереве; Нечувствительные к напряжению гомологи ENaC также обнаруживаются в головном мозге. Многие секвенированные белки C. elegans, включая дегенерины червей, имеют отдаленное родство с белками позвоночных, а также друг с другом. Белки ENaC позвоночных похожи на дегенерины Caenorhabditis elegans : [20] 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. [21] Рецепторы ENaC и P2X имеют сходную трехмерную структуру и гомологичны. [22]
Гены
Экзон-интронная архитектура трех генов, кодирующих три субъединицы ENaC, остается высококонсервативной, несмотря на расхождение их последовательностей. [23]
- SCNN1A , SCNN1B , SCNN1G , SCNN1D
Существует четыре связанных натриевых канала, чувствительных к амилориду:
- ACCN1 , ACCN2 , ACCN3 , ACCN4
Стабильная клеточная линия ENaC
Экспрессия ENaC в культурах клеток млекопитающих цитотоксична, что приводит к поглощению натрия, набуханию клеток и гибели клеток, что затрудняет получение стабильных клеточных линий для изучения ENaC. Технология Chromovert позволила получить стабильную клеточную линию ENaC с использованием флуорогенных сигнальных зондов и проточной цитометрии для сканирования множества клеток с целью выделения редких клонов, способных к функциональной, стабильной и жизнеспособной экспрессии ENaC. [24]
Клиническое значение
Взаимодействие ENaC с CFTR имеет важное патофизиологическое значение при муковисцидозе . CFTR является трансмембранным каналом, ответственным за транспорт хлоридов, и дефекты этого белка вызывают кистозный фиброз, частично за счет активации канала ENaC в отсутствие функционального CFTR.
В дыхательных путях CFTR способствует секреции хлорида, а ионы натрия и вода пассивно следуют за ним. 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. [25] Тем не менее, повышающая регуляция CFTR не корректирует влияние высокоактивного ENaC. [26] Вероятно, для поддержания функционального ионного гомеостаза в эпителиальной ткани легких необходимы другие взаимодействующие белки, такие как калиевые каналы, аквапорины или Na / K-АТФаза. [27]
В потовых железах CFTR отвечает за реабсорбцию хлоридов в потовых протоках. 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 ограничивается электрохимическим градиентом, создаваемым потоком хлорида 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. [28]
Усиление функциональных мутаций β- и γ-субъединиц связано с синдромом Лиддла . [29]
Амилорид и триамтерен - это калийсберегающие диуретики, которые действуют как блокаторы эпителиальных натриевых каналов .
Рекомендации
- ^ Норенг S, Бхарадвадж A, Posert R, Yoshioka C, Baconguis I (сентябрь 2018). «Структура эпителиального натриевого канала человека с помощью криоэлектронной микроскопии» . eLife . 7 : e39340. DOI : 10.7554 / eLife.39340 . PMC 6197857 . PMID 30251954 .
- ^ а б в г Ханукоглу И., Ханукоглу А. (апрель 2016 г.). «Семейство эпителиальных натриевых каналов (ENaC): филогения, структура-функция, распределение тканей и связанные наследственные заболевания» . Джин . 579 (2): 95–132. DOI : 10.1016 / j.gene.2015.12.061 . PMC 4756657 . PMID 26772908 .
- ^ Шекдар К., Лангер Дж., Венкатачалан С., Шмид Л., Анобиле Дж., Шах П. и др. (Март 2021 г.). «Метод клеточной инженерии с использованием флуорогенных олигонуклеотидных сигнальных зондов и проточной цитометрии» . Письма о биотехнологии . DOI : 10.1007 / s10529-021-03101-5 . PMC 7937778 . PMID 33683511 .
- ^ а б Гарти Х (май 1994). «Молекулярные свойства эпителиальных Na + -каналов, блокируемых амилоридом». Журнал FASEB . 8 (8): 522–8. DOI : 10.1096 / fasebj.8.8.8181670 . PMID 8181670 . S2CID 173677 .
- ^ а б Ле Т., Сайер М. Х. (1996). «Филогенетическая характеристика семейства эпителиальных Na + каналов (ENaC)». Молекулярная мембранная биология . 13 (3): 149–57. DOI : 10.3109 / 09687689609160591 . PMID 8905643 .
- ^ 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. DOI : 10.1074 / jbc.270.46.27411 . PMID 7499195 .
- ^ а б в г Ханукоглу И., Боггула В.Р., Вакнин Х., Шарма С., Клейман Т., Ханукоглу А. (июнь 2017 г.). «Экспрессия эпителиального натриевого канала (ENaC) и CFTR в эпидермисе человека и эпидермальных придатках» . Гистохимия и клеточная биология . 147 (6): 733–748. DOI : 10.1007 / s00418-016-1535-3 . PMID 28130590 . S2CID 8504408 .
- ^ а б в 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. DOI : 10.1007 / s00418-011-0904-1 . PMID 22207244 . S2CID 15178940 .
- ^ Шарма С., Ханукоглу А., Ханукоглу И. (апрель 2018 г.). «Локализация эпителиального натриевого канала (ENaC) и CFTR в зародышевом эпителии яичка, клетках Сертоли и сперматозоидах». Журнал молекулярной гистологии . 49 (2): 195–208. DOI : 10.1007 / s10735-018-9759-2 . PMID 29453757 . S2CID 3761720 .
- ^ а б Шарма К., Хак М., Гидри Р., Уэта И., Теруяма Р. (сентябрь 2017 г.). «Влияние диетического потребления соли на эпителиальные Na + каналы (ENaC) в магноцеллюлярных нейросекреторных нейронах вазопрессина в супраоптическом ядре крысы» . Журнал физиологии . 595 (17): 5857–5874. DOI : 10,1113 / JP274856 . PMC 5577521 . PMID 28714095 .
- ^ Хорисбергер JD, Chraïbi A (2004). «Эпителиальный натриевый канал: канал, управляемый лигандом?». Нефрон. Физиология . 96 (2): 37–41. DOI : 10.1159 / 000076406 . PMID 14988660 . S2CID 24608792 .
- ^ Шекдар К., Лангер Дж., Венкатачалан С., Шмид Л., Анобиле Дж., Шах П. и др. (Март 2021 г.). «Метод клеточной инженерии с использованием флуорогенных олигонуклеотидных сигнальных зондов и проточной цитометрии» . Письма о биотехнологии . DOI : 10.1007 / s10529-021-03101-5 . PMC 7937778 . PMID 33683511 .
- ^ Happle R (октябрь 1990 г.). «Птихотропизм как кожный признак ДЕТСКОГО синдрома». Журнал Американской академии дерматологии . 23 (4 Pt 1): 763–6. DOI : 10.1016 / 0190-9622 (90) 70285-р . PMID 2229513 .
- ^ а б Ханукоглу I (февраль 2017 г.). «Натриевые каналы типа ASIC и ENaC: конформационные состояния и структуры фильтров ионной селективности» . Журнал FEBS . 284 (4): 525–545. DOI : 10.1111 / febs.13840 . PMID 27580245 . S2CID 24402104 .
- ^ Лоффинг Дж., Шильд Л. (ноябрь 2005 г.). «Функциональные домены эпителиального натриевого канала» . Журнал Американского общества нефрологов . 16 (11): 3175–81. DOI : 10,1681 / ASN.2005050456 . PMID 16192417 .
- ^ 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. DOI : 10,1152 / ajprenal.00648.2010 . PMID 21209000 .
- ^ Норенг С., Бхарадвадж А., Позерт Р., Йошиока С., Баконгис I. (сентябрь 2018 г.). «Структура эпителиального натриевого канала человека с помощью криоэлектронной микроскопии» . eLife . 7 : e39340. DOI : 10.7554 / eLife.39340 . PMC 6197857 . PMID 30251954 .
- ^ Джасти Дж., Фурукава Х., Гонсалес Э. Б., Гуо Э. (сентябрь 2007 г.). «Структура кислоточувствительного ионного канала 1 при разрешении 1,9 A и низком pH». Природа . 449 (7160): 316–23. Bibcode : 2007Natur.449..316J . DOI : 10,1038 / природа06163 . PMID 17882215 .
- ^ Эдельхейт О., Бен-Шахар Р., Даскаль Н., Ханукоглу А., Ханукоглу И. (апрель 2014 г.). «Консервативные заряженные остатки на поверхности и границе раздела субъединиц эпителиальных натриевых каналов - роли в экспрессии на клеточной поверхности и реакции самоингибирования натрия». Журнал FEBS . 281 (8): 2097–111. DOI : 10.1111 / febs.12765 . PMID 24571549 . S2CID 5807500 .
- ^ 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. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (19) 51094-8 . PMID 7929098 .
- ^ «Семейство катионных каналов рецептора P2X, управляемых АТФ (рецептор P2X)» . Функциональная и филогенетическая классификация белков мембранного транспорта . Saier Lab. Group, UCSD и SDSC.
- ^ Chen JS, Reddy V, Chen JH, Шлыков М.А., Zheng WH, Cho J и др. (2011). «Филогенетическая характеристика суперсемейств транспортных белков: превосходство программ SuperfamilyTree над программами, основанными на множественных выравниваниях» . Журнал молекулярной микробиологии и биотехнологии . 21 (3–4): 83–96. DOI : 10.1159 / 000334611 . PMC 3290041 . PMID 22286036 .
- ^ 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. DOI : 10.1006 / bbrc.1998.9625 . PMID 9813171 .
- ^ Шекдар К., Лангер Дж., Венкатачалан С., Шмид Л., Анобиле Дж., Шах П. и др. (Март 2021 г.). «Метод клеточной инженерии с использованием флуорогенных олигонуклеотидных сигнальных зондов и проточной цитометрии» . Письма о биотехнологии . DOI : 10.1007 / s10529-021-03101-5 . PMC 7937778 . PMID 33683511 .
- ^ 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». Природная медицина . 10 (5): 487–93. DOI : 10.1038 / nm1028 . PMID 15077107 . S2CID 45366866 .
- ^ Грабб Б.Р., О'Нил В.К., Островски Л.Е., Креда С.М., Баттон Б, Бушер Р.К. (январь 2012 г.). «Трансгенная экспрессия hCFTR не может исправить заболевание легких у мышей с β-ENaC» . Американский журнал физиологии. Клеточная и молекулярная физиология легких . 302 (2): L238-47. DOI : 10,1152 / ajplung.00083.2011 . PMC 3349361 . PMID 22003093 .
- ^ Toczyłowska-Mamińska R, Dołowy K (февраль 2012 г.). «Ион-транспортирующие белки эпителия бронхов человека». Журнал клеточной биохимии . 113 (2): 426–32. DOI : 10.1002 / jcb.23393 . PMID 21975871 . S2CID 31970069 .
- ^ Бердиев Б.К., Кадри Ю.Дж., Бенос Д.Д. (февраль 2009 г.). «Оценка ассоциации CFTR и ENaC» . Молекулярные биосистемы . 5 (2): 123–7. DOI : 10.1039 / B810471A . PMC 2666849 . PMID 19156256 .
- ^ Заболевания ионных каналов
Внешние ссылки
- Эпителиальный + натриевый + канал в медицинских предметных рубриках Национальной медицинской библиотеки США (MeSH)