WNK’er på fluen

• hypertension
• distal tubulus
• Na transport
• Celle & Transportfysiologi

En central rolle for With No Lysine (K) (WNK)-kinaser i renal elektrolytbalance og blodtrykskontrol blev belyst, da mutationer i WNK1 og WNK4 blev identificeret som årsag til en genetisk intolerance over for natrium og kalium1 (pseudohypoaldosteronisme type 2); også kendt som familiær hyperkaliæmisk hypertension eller Gordons syndrom). I dette nummer af Journal of the American Society of Nephrology (JASN) har Sun et al.2 om en ny aktør i WNK-systemet og en overraskende kompleksitet i signalmekanismen.

I henhold til den nuværende forståelse orkestrerer WNK-kinaserne et switchrespons, der skifter aktiviteterne i to distale nefronsegmenter (distal konvolut tubulus og aldosteronfølsomt distalt nefron) for at opretholde natrium- og kaliumbalancen over et meget varieret kaliumindtag.3 WNK-kinaser i den distale konvolutterede tubulus danner sammen med en nedstrøms kinase, Ste20-relateret prolin/alanin-rige kinase (SPAK), en kaliumfølsom signalkaskade, der styrer aktiviteten af den thiazidfølsomme natrium-chlorid-kotransporter (NCC) efter behov. WNK-signalering aktiveres som reaktion på lavt plasmakalium ved kaliummangel i kosten, og dette stimulerer NCC til at begrænse kaliumtab fra det aldosteronfølsomme distale nefron på bekostning af tilbageholdelse af natrium.4-6 Omvendt hæmmes WNK-kaskaden, når der er rigeligt med kalium i kosten, og dette undertrykker NaCl-absorptionen og øger kaliumudskillelsen.7 Det har været genstand for stor interesse at forstå, hvorfor WNK-SPAK-signaleringen er så yderst følsom over for plasmakalium.

I dette nummer af JASN rapporterer Sun et al.2 , at den kaliumafhængige signaliseringsmekanisme kan være mere kompleks end oprindeligt antaget. Denne elegante serie af undersøgelser gør vidunderlig brug af et modelsystem, Drosophila melanogaster Malpighian tubulus, til at udforske kompleksiteten af WNK-signalering og bygger videre på den rige historie med modelorganismer inden for nyrefysiologi. Når den malpighiske tubulus stimuleres, udskiller den en kalium-chloridrig opløsning med en rigelig hastighed, svarende til et cellevolumen væske pr. sekund. Sun et al.2 har allerede fastslået, at kaliumsekretion drives af aktivering af WNK, som aktiverer SPAK-ortolog Fray; dette aktiverer igen phosphoaktiverer NKCC1.8 I denne undersøgelse udnyttede Sun et al.2 den genetiske trækkelighed af D. melanogaster Malpighian tubule-modellen. Sammen med en fantastisk kombination af fysiologiske og biokemiske værktøjer var de i stand til at undersøge dybere ind i den intracellulære signalmekanisme.

Lige pattedyrs modstykker,4,9 fandt Sun et al.2, at D. melanogaster WNK er en intracellulær klorid (Cli-)-sensorerende kinase. In vitro kinasemålinger afslørede, at klorid stabiliserer den inaktive konformation af WNK og forhindrer kinaseaktivering, indtil Cli- er fysiologisk nedsat. Som følge heraf kan WNK-aktivering være følsom over for ændringer i plasmakalium og membranpotentiale, som har en kraftig indflydelse på .4,5

I pattedyrs distale konvolut-tubulus menes Kir4.1/Kir5.1-kaliumkanaler at omsætte ændringer i plasmakalium til WNK-signalering gennem ændringer i membranpotentiale og Cli-.5,10,11 I overensstemmelse med denne idé viste heterologe coekspressionsundersøgelser af Kir 4.1, NCC og WNK i humane embryonale nyreceller, at sænkning af ekstracellulært kalium forårsagede hyperpolarisering af membranpotentialet, hvilket igen sænkede Cli- for at stimulere WNK og øge SPAK- og NCC-fosforylering.5 Øgning af kalium havde den modsatte effekt. Selv om disse smukke undersøgelser etablerede WNK/Cl–sensing-hypotesen, efterlod de mange i tvivl om, hvorvidt dette virkelig sker in vivo.

Sun et al.2 viser nu for første gang, at mekanismen fungerer i native transporterende celler, men med en drejning. Ved hjælp af en genetisk kodet Cl- sensor udtrykt i Malpighian tubuluscellerne viste det sig, at aktivering af iontransport og WNK-signalering i Malpighian tubulus faldt sammen med et fald i Cli-, præcis som forudsagt. Overraskende nok var mutation af de rester i WNK, der danner Cl- bindingsstedet, imidlertid ikke tilstrækkelig til at aktivere WNK-signalering og -transport. Fuld aktivering af iontransport i Malpighian tubulus med den Cl–uafhængige WNK-kinase krævede samekspression af et andet protein, et kinase-saffoldingprotein, der er fjernt beslægtet med armadillo-proteiner ved navn Drosophila MO2512 (også kendt som calciumbindingsprotein 39). Knockdown-undersøgelser viste, at MO25 er nødvendig for fysiologisk aktivering af transepithelial ionflux med wild-type WNK. Da in vitro fosforyleringsundersøgelser viste, at Drosophila Mo25 påvirker WNK’s kloridfølsomhed, forekommer det sandsynligt, at samarbejdsinteraktioner mellem klorid og Mo25 direkte regulerer WNK-signalering.

Disse resultater har sandsynligvis umiddelbar anvendelighed til pattedyrs nyrer. MO25 kolokaliseres med NCC og NKCC2 på den apikale membran i musenyren.13 Desuden viste biokemiske undersøgelser, at MO25 fra pattedyr øger WNK4/SPAK-medieret fosforylering af NCC og NKCC,14 sandsynligvis ved at lette strukturelle ændringer i kinaserne. Sammen med den spændende opdagelse i Drosophila Malpighian tubulus rapporteret af Sun et al.2 giver disse observationer en overbevisende grund til at antyde, at MO25 påvirker WNK-signalering i pattedyrnyren.

Fundet af MO25 i WNK-banen har vigtige implikationer. Fordi lavt kaliumforbrug, der er almindeligt i moderne kost, presser switch-banen til at bevare kalium på bekostning af øget natriumabsorption, giver banen en mekanisme til at forklare, hvorfor den moderne kost fodrer ilden af saltfølsom hypertension. I betragtning af dens potentielle rolle i bestemmelsen af følsomheden af vejen til kalium, bør MO25 overvejes som et potentielt mål for antihypertensive lægemidler.

• Copyright © 2018 by the American Society of Nephrology