WNKs in der Fliege

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Eine zentrale Rolle der With No Lysine (K) (WNK)-Kinasen für den renalen Elektrolythaushalt und die Kontrolle des Blutdrucks wurde deutlich, als Mutationen in WNK1 und WNK4 als Ursache für eine genetisch bedingte Unverträglichkeit gegenüber Natrium und Kalium1 (Pseudohypoaldosteronismus Typ 2; auch bekannt als familiäre hyperkaliämische Hypertonie oder Gordon-Syndrom). In dieser Ausgabe des Journal of the American Society of Nephrology (JASN) berichten Sun et al.2 über einen neuen Akteur im WNK-Signalweg und eine überraschende Komplexität des Signalmechanismus.

Nach derzeitigem Kenntnisstand orchestrieren die WNK-Kinasen eine Schaltreaktion, die die Aktivitäten von zwei distalen Nephronsegmenten (distaler Konvolut-Tubulus und aldosteronsensitives distales Nephron) umschaltet, um das Natrium- und Kaliumgleichgewicht bei sehr unterschiedlicher Kaliumzufuhr aufrecht zu erhalten.3 WNK-Kinasen im distalen Konvolut-Tubulus bilden zusammen mit einer nachgeschalteten Kinase, der Ste20-verwandten Prolin/Alanin-reichen Kinase (SPAK), eine kaliumempfindliche Signalkaskade, die die Aktivität des thiazidempfindlichen Natrium-Chlorid-Cotransporters (NCC) bei Bedarf steuert. Die WNK-Signalkaskade wird als Reaktion auf niedriges Plasmakalium bei Kaliummangel in der Nahrung aktiviert, was den NCC dazu anregt, den Kaliumverlust aus dem Aldosteron-empfindlichen distalen Nephron auf Kosten der Natriumausscheidung zu begrenzen.4-6 Umgekehrt wird die WNK-Kaskade bei reichlich Kalium in der Nahrung gehemmt, was die NaCl-Absorption unterdrückt und die Kaliumausscheidung erhöht.7 Es ist von großem Interesse zu verstehen, warum die WNK-SPAK-Signalübertragung so empfindlich auf Plasmakalium reagiert.

In dieser Ausgabe des JASN berichten Sun et al.2, dass der kaliumabhängige Signalmechanismus möglicherweise komplexer ist als ursprünglich angenommen. Diese elegante Reihe von Studien nutzt auf wunderbare Weise ein Modellsystem, den Malpighischen Tubulus von Drosophila melanogaster, um die Komplexität der WNK-Signalübertragung zu erforschen und baut auf der reichen Geschichte von Modellorganismen in der Nierenphysiologie auf. Wenn er stimuliert wird, sondert der Malpighische Tubulus eine kaliumchloridreiche Lösung mit einer hohen Geschwindigkeit ab, die einem Zellvolumen pro Sekunde entspricht. Sun et al.2 wiesen bereits nach, dass die Kaliumsekretion durch die Aktivierung von WNK angetrieben wird, die das SPAK-Ortholog Fray aktiviert, das wiederum NKCC1 phosphoaktiviert.8 In dieser Studie nutzten Sun et al.2 die genetische Nachvollziehbarkeit des Malpighischen Tubulusmodells von D. melanogaster. Zusammen mit einer wunderbaren Kombination von physiologischen und biochemischen Werkzeugen waren sie in der Lage, den intrazellulären Signalmechanismus zu erforschen.

Wie die Gegenstücke bei Säugetieren,4,9 fanden Sun et al.2 heraus, dass die WNK von D. melanogaster eine intrazelluläre Chlorid (Cli-)-empfindliche Kinase ist. In-vitro-Kinasemessungen ergaben, dass Chlorid die inaktive Konformation von WNK stabilisiert und die Aktivierung der Kinase verhindert, bis Cli- physiologisch verringert ist. Infolgedessen kann die WNK-Aktivierung empfindlich auf Veränderungen des Plasmakaliums und des Membranpotenzials reagieren, die einen starken Einfluss auf 4,5

Im distalen Tubulus der Säugetiere wird angenommen, dass Kir4.1/Kir5.1-Kaliumkanäle Veränderungen des Plasmakaliums durch Veränderungen des Membranpotenzials und Cli- in WNK-Signale umsetzen.5,10,11 In Übereinstimmung mit dieser Idee ergaben heterologe Koexpressionsstudien von Kir 4.1, NCC und WNK in menschlichen embryonalen Nierenzellen, dass eine Senkung des extrazellulären Kaliums eine Hyperpolarisation des Membranpotenzials verursachte, was wiederum eine Senkung von Cli- zur Stimulierung von WNK und Erhöhung der SPAK- und NCC-Phosphorylierung zur Folge hatte.5 Eine Erhöhung des Kaliums hatte den gegenteiligen Effekt. Obwohl diese schönen Studien die WNK/Cl-Sensing-Hypothese begründeten, fragten sich viele, ob dies wirklich in vivo geschieht.

Sun et al.2 zeigen nun zum ersten Mal, dass der Mechanismus in nativen Transportzellen funktioniert, aber mit einer Wendung. Unter Verwendung eines genetisch kodierten Cl-Sensors, der in den Zellen des Malpighischen Tubulus exprimiert wird, wurde festgestellt, dass die Aktivierung des Ionentransports und der WNK-Signalisierung im Malpighischen Tubulus mit einem Rückgang von Cli- zusammenfällt, genau wie vorhergesagt. Überraschenderweise reichte jedoch die Mutation von Rückständen in WNK, die die Cl-Bindungsstelle bilden, nicht aus, um die WNK-Signalübertragung und den Transport zu aktivieren. Die vollständige Aktivierung des Ionentransports im Malpighischen Tubulus mit der Cl-unempfindlichen WNK-Kinase erforderte die Koexpression eines anderen Proteins, eines Kinase-Gerüstproteins, das entfernt mit den Gürteltierproteinen verwandt ist und bei Drosophila MO2512 heißt (auch bekannt als Kalzium-bindendes Protein 39). Knockdown-Studien ergaben, dass MO25 für die physiologische Aktivierung des transepithelialen Ionenflusses mit dem Wildtyp-WNK erforderlich ist. Da In-vitro-Phosphorylierungsstudien ergaben, dass Mo25 in Drosophila die Chloridempfindlichkeit von WNK beeinflusst, ist es wahrscheinlich, dass kooperative Interaktionen zwischen Chlorid und Mo25 die WNK-Signalgebung direkt regulieren.

Diese Ergebnisse sind wahrscheinlich unmittelbar auf die Säugetierniere übertragbar. MO25 kolokalisiert mit NCC und NKCC2 auf der apikalen Membran der Mäuseniere.13 Darüber hinaus haben biochemische Studien gezeigt, dass MO25 bei Säugetieren die WNK4/SPAK-vermittelte Phosphorylierung von NCC und NKCC verstärkt,14 wahrscheinlich durch Erleichterung struktureller Veränderungen in den Kinasen. Zusammen mit der faszinierenden Entdeckung im Malpighischen Tubulus von Drosophila, über die Sun et al.2 berichteten, liefern diese Beobachtungen zwingende Gründe für die Annahme, dass MO25 die WNK-Signalübertragung in der Säugerniere beeinflusst.

Die Entdeckung von MO25 im WNK-Signalweg hat wichtige Auswirkungen. Da ein niedriger Kaliumkonsum, wie er in der modernen Ernährung üblich ist, den Switch-Signalweg unter Druck setzt, um Kalium auf Kosten einer erhöhten Natriumabsorption zu erhalten, bietet der Signalweg einen Mechanismus zur Erklärung, warum die moderne Ernährung das Feuer der salzempfindlichen Hypertonie schürt. In Anbetracht seiner potenziellen Rolle bei der Bestimmung der Empfindlichkeit des Weges gegenüber Kalium sollte MO25 als potenzieller Angriffspunkt für blutdrucksenkende Medikamente in Betracht gezogen werden.

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