WNK:t kärpäsellä

• hypertensio
• distaalinen tubulus
• Na-kuljetus
• solun &kuljetusfysiologia

Keskeisessä roolissa ei ole lysiinillä (K) (WNK) kinaaseilla munuaisten elektrolyyttitasapainossa ja verenpaineen hallinnassa valaistiin, kun WNK1:n ja WNK4:n mutaatiot tunnistettiin syyksi geneettiseen natrium- ja kaliumintoleranssiin1 (pseudohypoaldosteronismi tyyppi 2); tunnetaan myös nimellä familiaalinen hyperkaleeminen hypertensio tai Gordonin oireyhtymä). Tässä Journal of the American Society of Nephrology (JASN) -lehden numerossa Sun ym.2 . raportoivat uudesta toimijasta WNK-reitillä ja signaalimekanismin yllättävästä monimutkaisuudesta.

Nykykäsityksen mukaan WNK-kinaasit järjestävät kytkentävasteen, joka vaihtaa kahden distaalisen nefronin segmentin (distaalinen kierukkatubulus ja aldosteronille herkkä distaalinen nefroni) toimintaa natrium- ja kaliumtasapainon ylläpitämiseksi laajasti vaihtelevan kaliumin saannin aikana.3 Distaalisen kierteisen tubuluksen WNK-kinaasit muodostavat yhdessä alempana olevan kinaasin, Ste20:een liittyvän proliini/alaniinirikkaan kinaasin (SPAK) kanssa kaliumille herkän signaalikaskadin, joka ohjaa tiatsidille herkän natrium-kloridi-kotransportterin (NCC) aktiivisuutta tarpeen mukaan. WNK-signalointi aktivoituu vasteena pienelle plasman kaliumpitoisuudelle ravinnon kaliumin puutteessa, ja tämä stimuloi NCC:tä rajoittamaan kaliumin menetystä aldosteronille herkästä distaalisesta nefronista natriumin pidättämisen kustannuksella.4-6 Sitä vastoin, kun ravinnon kaliumia on runsaasti, WNK-kaskadi estyy, mikä estää NaCl:n imeytymistä ja tehostaa kaliumin erittymistä7 . Sen ymmärtäminen, miksi WNK-SPAK-signalointi on niin erinomaisen herkkä plasman kaliumille, on ollut suuren kiinnostuksen kohteena.

Tässä JASN-lehden numerossa Sun ym.2 raportoivat, että kaliumista riippuvainen signalointimekanismi saattaa olla monimutkaisempi kuin alun perin kuviteltiin. Tässä tyylikkäässä tutkimussarjassa hyödynnetään hienosti mallijärjestelmää, Drosophila melanogasterin Malpighian tubulusta, WNK-signaloinnin monimutkaisuuden selvittämiseksi, mikä perustuu munuaisten fysiologian malliorganismien rikkaaseen historiaan. Stimuloidessaan Malpighian tubulus erittää kalium-kloridipitoista liuosta runsaalla nopeudella, joka vastaa solutilavuutta nestettä sekunnissa. Sun ym.2 totesivat jo aiemmin, että kaliumin eritystä ohjaa WNK:n aktivaatio, joka aktivoi SPAK-ortologin Frayn; tämä puolestaan fosfoaktivoi NKCC1:n.8 Tässä tutkimuksessa Sun ym.2 hyödynsivät D. melanogasterin Malpighian tubuluksen mallin geneettistä käsiteltävyyttä. Yhdessä fysiologisten ja biokemiallisten työkalujen ihmeellisen yhdistelmän kanssa he pystyivät luotaamaan syvemmälle solunsisäiseen signalointimekanismiin.

Nisäkkäiden vastineiden tapaan,4,9 Sun ym.2 havaitsivat, että D. melanogasterin WNK on solunsisäinen kloridia (Cli-) tunnistava kinaasi. In vitro -kinaasimittaukset osoittivat, että kloridi stabiloi WNK:n inaktiivisen konformaation, mikä estää kinaasin aktivoitumisen, kunnes Cli- on fysiologisesti vähentynyt. Tämän seurauksena WNK:n aktivaatio voi olla herkkä plasman kaliumin ja kalvopotentiaalin muutoksille, joilla on voimakas vaikutus .4,5

Nisäkkäiden distaalisessa kierteisessä tubuluksessa Kir4.1/Kir5.1-kaliumkanavien uskotaan kääntävän plasman kaliumin muutokset WNK-signaalin välittämiseen kalvopotentiaalin ja Cli-:n muutosten kautta.5,10,11 Tämän ajatuksen kanssa sopusoinnussa Kir 4.1:n, NCC:n ja WNK:n heterologiset yhteisekspressiotutkimukset ihmisen alkion munuaissoluissa osoittivat, että solunulkoisen kaliumin alentaminen aiheutti kalvopotentiaalin hyperpolarisaation, joka puolestaan alensi Cli- stimuloimaan WNK:ta ja lisäämään SPAK:n ja NCC:n fosforylaatiota.5 5 Kaliumin nostamisella oli päinvastainen vaikutus. Vaikka nämä kauniit tutkimukset vakiinnuttivat WNK/Cl–sensing-hypoteesin, ne jättivät monet miettimään, tapahtuuko tämä todella in vivo.

Sun ym.2 osoittavat nyt ensimmäistä kertaa, että mekanismi toimii natiiveissa kuljetussoluissa, mutta käänteellä. Käyttämällä geneettisesti koodattua Cl-anturia, joka ilmentyy Malpighian tubuluksen soluissa, havaittiin, että ionikuljetuksen ja WNK-signalisaation aktivoituminen Malpighian tubuluksessa tapahtui samaan aikaan Cli-:n laskun kanssa, aivan kuten ennustettiin. Yllättäen Cl-:n sitoutumiskohdan muodostavien WNK:n jäännösten mutaatio ei kuitenkaan riittänyt aktivoimaan WNK-signalointia ja -kuljetusta. Ionikuljetuksen täysi aktivoituminen Malpighian tubuluksessa Cl–ei-herkällä WNK-kinaasilla edellytti toisen proteiinin yhteisekspressiota, kinaasien telineproteiinin, joka on kaukana sukua armadillo-proteiineille ja jonka nimi on Drosophila MO2512 (tunnetaan myös nimellä kalsiumia sitova proteiini 39). Knockdown-tutkimuksissa todettiin, että MO25:tä tarvitaan transsepiteliaalisen ionivirran fysiologiseen aktivoitumiseen villityyppisen WNK:n kanssa. Koska in vitro -fosforylaatiotutkimukset osoittivat, että Drosophilan Mo25 vaikuttaa WNK:n kloridiherkkyyteen, näyttää todennäköiseltä, että kloridin ja Mo25:n väliset yhteistoiminnalliset vuorovaikutukset säätelevät suoraan WNK:n signalointia.

Nämä havainnot ovat todennäköisesti välittömästi sovellettavissa nisäkkäiden munuaisiin. MO25 kolokalisoituu NCC:n ja NKCC2:n kanssa hiiren munuaisten apikaalikalvolla.13 Lisäksi biokemialliset tutkimukset osoittivat, että nisäkkäiden MO25 tehostaa NCC:n ja NKCC:n WNK4/SPAK-välitteistä fosforylaatiota,14 todennäköisesti helpottamalla kinaasien rakenteellisia muutoksia. Yhdessä Sunin ym. raportoiman Drosofilan Malpighian tubuluksessa tehdyn kiehtovan löydön kanssa2 nämä havainnot tarjoavat pakottavan syyn olettaa, että MO25 vaikuttaa WNK-signalointiin nisäkkäiden munuaisissa.

MO25:n löytymisellä WNK-reitistä on tärkeitä vaikutuksia. Koska vähäinen kaliumin kulutus, joka on yleistä nykyaikaisessa ruokavaliossa, painaa kytkentäreittiä säilyttämään kaliumia natriumin imeytymisen lisääntymisen kustannuksella, reitti tarjoaa mekanismin selittämään, miksi nykyaikainen ruokavalio ruokkii suolaherkän verenpainetaudin paloa. Ottaen huomioon sen mahdollisen roolin polun herkkyyden määrittämisessä kaliumille, MO25:tä tulisi harkita potentiaalisena verenpainelääkekohteena.

• Copyright © 2018 by the American Society of Nephrology