Canal de sodio epitelial
Grupo de proteínas de membrana
Canal de sodio epitelial
Estructura del ENaC humano. [1]
Identificadores
SímboloCSA
PfamPF00858
InterprofesionalIPR001873
PROSITIOPDOC00926
SCOP26BQN / ALCANCE / SUPFAM
Base de datos de datos termodinámica1.A.6
Superfamilia OPM181
Proteína OPM4fz1
Estructuras de proteínas disponibles:
Pfam  estructuras / ECOD  
APPDB RCSB; PDBj
PDBsumaResumen de la estructura
AP6BQN

El canal de sodio epitelial (ENaC) , (también conocido como canal de sodio sensible a amilorida ) es un canal iónico unido a la membrana que es selectivamente permeable a los iones de sodio ( Na + ). 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 . El ENaC está involucrado principalmente en la reabsorción de iones de sodio en los conductos colectores de las nefronas del riñón . Además de estar implicado en enfermedades en las que se altera el equilibrio de líquidos a través de las membranas epiteliales, incluido el edema pulmonar, la fibrosis quística, la EPOC y la COVID-19, las formas proteolizadas de ENaC funcionan como el receptor del gusto por la sal humana. [3]

Las membranas apicales de muchos epitelios apretados 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 de sal y agua corporal. [4] En los vertebrados , los canales controlan la reabsorción de sodio en los riñones, colon, pulmones y glándulas sudoríparas; también juegan un papel en la percepción del gusto.

Los canales de sodio epiteliales están relacionados estructuralmente y probablemente evolutivamente con los purinorreceptores P2X , receptores del dolor que se activan cuando detectan ATP.

Función

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]

Regulación del equilibrio de sodio

Riñón y colon

Los canales de sodio epiteliales facilitan la reabsorción de Na⁺ a través de las membranas apicales de los epitelios en la nefrona distal , los tractos respiratorio y reproductivo y las glándulas exocrinas . Dado que la concentración de iones Na⁺ es un determinante principal de la osmolaridad del líquido extracelular , los cambios en la concentración de Na⁺ afectan el movimiento de los líquidos y, en consecuencia, el volumen de líquido y la presión arterial.

La aldosterona aumenta la inserción de ENaC en las membranas apicales del riñón [10] : 358  así como en el colon. [ cita requerida ] En el riñón, es inhibida por el péptido natriurético auricular , lo que causa natriuresis y diuresis.

Puede bloquearse con triamtereno o amilorida , que se utilizan médicamente para actuar como diuréticos .

Cerebro

Los canales epiteliales de Na+ (ENaC) en el cerebro desempeñan un papel importante en la regulación de la presión arterial. [11] 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 elevada de sal en la dieta provoca un aumento de la expresión y la actividad de ENaC, lo que da lugar a la despolarización en estado estacionario de las neuronas VP. [11] Este es uno de los mecanismos subyacentes a la forma en que la ingesta de sal en la dieta afecta a la actividad de las neuronas VP a través de la actividad de ENaC. Los canales de ENaC en el cerebro están implicados en la respuesta de la presión arterial al sodio en la dieta.

Epitelio ciliar

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 reproductivo femenino, la motilidad de los cilios es esencial para el movimiento de los ovocitos. [8]

A diferencia del ENaC, el CFTR que regula el transporte de iones de cloruro no se encuentra en los cilios. Estos hallazgos contradicen una hipótesis previa de que el ENaC se regula negativamente por la interacción directa con el CFTR. En pacientes con fibrosis quística (FQ), el CFTR no puede regular negativamente el ENaC, lo que provoca hiperabsorción en los pulmones e infecciones pulmonares recurrentes. Se ha sugerido que puede ser un canal iónico controlado por ligando . [12]

Piel

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, el ENaC se encuentra predominantemente en la membrana apical que mira hacia el lumen de los conductos sudoríparos. [7] La ​​función principal del ENaC en estos conductos es la recaptación de iones Na⁺ que se excretan en el sudor. En pacientes con mutaciones del ENaC que causan pseudohipoaldosteronismo sistémico tipo I, los pacientes pueden perder una cantidad significativa de iones Na⁺, especialmente en climas cálidos.

Tocar

Los homólogos de los canales iónicos sensibles al ácido (ASIC) de la familia ENaC median la sensación táctil en los invertebrados (incluido el organismo modelo C. elegans ) y también se pensaba que eran responsables de las corrientes de membrana mecanoactivadas en animales superiores. Los ASIC se expresan abundantemente en las neuronas de los ganglios sensoriales de los animales superiores, y la sensación de tacto y dolor se altera pero no se elimina en los animales que carecen de ASIC, lo que sugiere que los canales modulan la transducción sensorial sin ser la base de la activación del mecanorreceptor en sí en los animales superiores (ahora se piensa que esto lo lleva a cabo PIEZO2 ). [13]

Gusto

El ENaC está presente en las membranas celulares apicales de los receptores del gusto , donde probablemente participa en la detección de la salinidad y la acidez . [10] : 677  En los roedores, prácticamente todo el sabor salado está mediado por el ENaC, mientras que parece desempeñar un papel menos significativo en los seres humanos: alrededor del 20 por ciento puede atribuirse al canal de sodio epitelial. [ cita requerida ]

Las variantes proteolizadas de ENaC también funcionan como receptores humanos del gusto por la sal. Esta función se confirmó por primera vez mediante estudios sensoriales en humanos para evaluar el efecto del 4-propilfenil 2-furoato en la percepción del sabor salado de la sal de mesa, el cloruro de sodio (NaCl). Se descubrió que el 4-propilfenil 2-furoato es un compuesto que activa el ENaC proteolizado. [14]

Bioquímica

Selectividad iónica

Los estudios muestran que el canal ENaC es permeable a los iones Na + y Li + , pero tiene muy poca permeabilidad a los iones K + , Cs + o Rb + . [15] [16]

Estructura

Un diagrama que muestra la disposición de las subunidades.

ENaC consta de tres subunidades diferentes: α, β, γ. [2] [17] Las tres subunidades son esenciales para el transporte al ensamblaje de la membrana de canales funcionales en la membrana. [18] El extremo C de cada subunidad de 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 autosómica dominante humana de hipertensión. La estructura cryoEM de ENaC indica que el canal es una proteína heterotrimérica como el canal iónico sensor de ácido 1 (ASIC1) , que pertenece a la misma familia. [19] [20] 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. [16] [21]

En términos de estructura, las proteínas que pertenecen a esta familia constan de entre 510 y 920 residuos de aminoácidos. Están formadas por una región intracelular N-terminal seguida de un dominio transmembrana, un gran bucle extracelular, un segundo segmento transmembrana y una cola intracelular C-terminal. [22]

subunidad δ

Además, existe una cuarta subunidad, denominada 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. Estas ENaC δ, β y γ aparecen en el páncreas , los testículos , los pulmones y los ovarios . Su función aún se desconoce.

Familias

La familia de canales epiteliales de sodio ( Na + ) (ENaC) pertenece a la superfamilia ENaC/P2X. [23] Los receptores ENaC y P2X tienen estructuras tridimensionales similares y son homólogos. [24]

Los miembros de la familia de canales epiteliales de Na + (ENaC) se dividen en cuatro subfamilias, denominadas alfa, beta, gamma y delta. [5] Las proteínas presentan la misma topología aparente, cada una con dos segmentos transmembrana (TM) que abarcan la membrana (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, que se postula que contribuyen a la formación de los poros hidrófilos de los complejos proteicos de los canales oligoméricos. 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; también se encuentran homólogos de ENaC insensibles al voltaje en el cerebro. Las numerosas proteínas secuenciadas de C. elegans, incluidas las degenerinas del gusano, están lejanamente relacionadas con las proteínas de vertebrados, así como entre sí. Las proteínas ENaC de vertebrados son similares a las degenerinas de Caenorhabditis elegans : [22] deg-1, del-1, mec-4, mec-10 y unc-8. Estas proteínas pueden mutarse para causar degradación neuronal y también se cree que forman canales de sodio.

Genética

La arquitectura exón-intrón de los tres genes que codifican las tres subunidades de ENaC se ha mantenido altamente conservada a pesar de la divergencia de sus secuencias. [25]

Hay cuatro canales de sodio sensibles a la amilorida relacionados:

Importancia clínica

Estructura de la amilorida , un bloqueador de canales

La interacción de ENaC con CFTR tiene una relevancia fisiopatológica importante en la fibrosis quística . 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 positiva 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 agua lo siguen pasivamente. Sin embargo, en ausencia de CFTR funcional, el canal ENaC se regula positivamente y disminuye aún más la secreción de sal y agua al reabsorber iones de sodio. Por lo tanto, las complicaciones respiratorias en la fibrosis quística no son causadas únicamente por la falta de secreción de cloruro, sino por el 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, lo que interfiere con el intercambio de gases y permite la acumulación de bacterias. [26] Sin embargo, una regulación positiva del CFTR no corrige la influencia del ENaC de alta actividad. [27] Probablemente, otras proteínas interactuantes son necesarias para mantener una homeostasis iónica funcional en el tejido epitelial del pulmón, como los canales de potasio, las acuaporinas o la Na/K-ATPasa. [28]

En las glándulas sudoríparas, el CFTR es responsable de la reabsorción de cloruro en el conducto sudoríparo. Los iones de sodio siguen pasivamente a través del 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 del ENaC, lo que conduce a una mayor pérdida de sal y agua. (Esto es cierto a pesar de la regulación positiva del canal ENaC, ya que el flujo en los conductos sudoríparos está limitado por el gradiente electroquímico establecido por el flujo de cloruro a través del CFTR). Como tal, la piel de los pacientes tiene un sabor salado, y esto se usa comúnmente para ayudar a diagnosticar la enfermedad, tanto en el pasado como en la actualidad mediante pruebas eléctricas modernas. [29]

Las mutaciones de ganancia de función en las subunidades β y γ están asociadas con el síndrome de Liddle . [30]

La amilorida y el triamtereno son diuréticos ahorradores de potasio que actúan como bloqueadores de los canales de sodio epiteliales .

Biotecnología

La expresión de ENaC en cultivos de células de mamíferos es citotóxica, lo que provoca la absorción de sodio, la hinchazón y la muerte celular, lo que complica la producción de líneas celulares estables para estudiar ENaC. La tecnología Chromovert permitió la producción de una línea celular estable de ENaC utilizando sondas de señalización fluorogénica y citometría de flujo para escanear numerosas células y aislar clones raros capaces de una expresión funcional, estable y viable de ENaC. [31]

Referencias

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