WNK’s on the Fly

• hypertensie
• distale tubulus
• Na-transport
• Cell & Transport Physiology

Een centrale rol van de With No Lysine (K) (WNK) kinases in de renale elektrolytenbalans en bloeddrukcontrole werd belicht toen mutaties in WNK1 en WNK4 werden geïdentificeerd als oorzaak van een genetische intolerantie voor natrium en kalium1 (pseudohypoaldosteronisme type 2; ook bekend als familiaire hyperkalemische hypertensie of het Gordon-syndroom). In dit nummer van het Journal of the American Society of Nephrology (JASN), rapporteren Sun et al.2 over een nieuwe speler in de WNK-route en een verrassende complexiteit van het signaleringsmechanisme.

Volgens de huidige inzichten orkestreren de WNK-kinasen een schakelrespons die de activiteiten van twee distale nefronsegmenten (distale convolueerde tubulus en aldosterongevoelig distaal nefron) omschakelt om de natrium- en kaliumbalans te handhaven bij sterk wisselende kaliuminname.3 WNK kinases in de distale convoluted tubule vormen samen met een stroomafwaarts gelegen kinase, Ste20-gerelateerd proline/alaninerijk kinase (SPAK), een kaliumgevoelige signaalcascade die de activiteit van de thiazide-gevoelige natrium-chloride cotransporter (NCC) op verzoek controleert. WNK-signalering wordt geactiveerd als reactie op een laag kaliumgehalte in het plasma bij een tekort aan kalium via de voeding, en dit stimuleert NCC om het kaliumverlies vanuit het aldosterongevoelige distale nefron te beperken ten koste van het vasthouden van natrium.4-6 Omgekeerd, als er veel kalium in het dieet aanwezig is, wordt de WNK-signaleringscascade geremd, en dit onderdrukt de NaCl-absorptie en bevordert de kaliumexcretie.7 Begrijpen waarom de WNK-SPAK signalering zo buitengewoon gevoelig is voor plasma-kalium heeft veel belangstelling.

In dit nummer van het JASN, melden Sun et al.2 dat het kalium-afhankelijke signaleringsmechanisme complexer kan zijn dan oorspronkelijk gedacht. Deze elegante serie studies maakt prachtig gebruik van een modelsysteem, de Drosophila melanogaster Malpighian tubule, om de complexiteit van WNK signalering te onderzoeken, voortbouwend op de rijke geschiedenis van modelorganismen in de nierfysiologie. Wanneer de Malpighian tubule wordt gestimuleerd, scheidt deze een kalium-chloride-rijke oplossing af met een overvloedige snelheid, gelijk aan een celvolume vloeistof per seconde. Sun et al.2 stelden reeds vast dat kaliumsecretie wordt aangedreven door activering van WNK, dat het SPAK ortholoog Fray activeert; dit, op zijn beurt, fosfoactiveert NKCC1.8 In deze studie maakten Sun et al.2 gebruik van de genetische mogelijkheden van het D. melanogaster Malpighian tubule model. Samen met een geweldige combinatie van fysiologische en biochemische hulpmiddelen, waren zij in staat om dieper in te gaan op het intracellulaire signaleringsmechanisme.

Net als de tegenhangers van zoogdieren,4,9 ontdekten Sun et al.2 dat de D. melanogaster WNK een intracellulair chloride (Cli-)-sensing kinase is. In vitro kinase metingen toonden aan dat chloride de inactieve conformatie van WNK stabiliseert, waardoor activering van het kinase wordt voorkomen totdat Cli- fysiologisch is verlaagd. Als gevolg hiervan kan WNK activatie gevoelig zijn voor veranderingen in plasma kalium en membraanpotentiaal, die een sterke invloed hebben op de WNK signalering. 4,5

In de distale convoluted tubule van zoogdieren worden Kir4.1/Kir5.1 kalium kanalen verondersteld om veranderingen in plasma kalium te vertalen naar WNK signalering door middel van veranderingen in membraanpotentiaal en Cli-.5,10,11 In overeenstemming met dit idee toonden heterologe coexpressie studies van Kir 4.1, NCC, en WNK in menselijke embryonale niercellen aan dat het verlagen van extracellulair kalium membraanpotentiaal hyperpolarisatie veroorzaakte, wat op zijn beurt Cli- verlaagde om WNK te stimuleren en SPAK en NCC fosforylatie te verhogen.5 Verhoging van kalium had het tegenovergestelde effect. Hoewel deze prachtige studies de WNK/Cl-sensing hypothese vaststelden, lieten zij velen zich afvragen of dit werkelijk in vivo gebeurt.

Sun et al.2 laten nu voor het eerst zien dat het mechanisme werkt in lichaamseigen transportcellen, maar met een twist. Met behulp van een genetisch gecodeerde Cl- sensor, tot expressie gebracht in de Malpighian tubule cellen, bleek activering van ion-transport en WNK signalering in de Malpighian tubule samen te vallen met een daling van Cli-, precies zoals voorspeld. Verrassend was echter dat mutatie van residuen in WNK die de Cl-bindingsplaats vormen niet voldoende was om WNK signalering en transport te activeren. Volledige activatie van ion transport in de Malpighian tubule met het Cl- ongevoelige WNK kinase vereiste de co-expressie van een ander eiwit, een kinase scaffolding eiwit dat ver verwant is aan armadillo eiwitten, genaamd Drosophila MO2512 (ook bekend als calcium bindend eiwit 39). Knockdown studies stelden vast dat MO25 vereist is voor fysiologische activatie van transepitheliale ion flux met het wild-type WNK. Omdat in vitro fosforyleringstudies aantoonden dat Drosophila Mo25 de chloridegevoeligheid van WNK beïnvloedt, lijkt het waarschijnlijk dat coöperatieve interacties tussen chloride en Mo25 de WNK-signalering direct reguleren.

Deze bevindingen zijn waarschijnlijk direct toepasbaar op de zoogdiernier. MO25 colocaliseert met NCC en NKCC2 op de apicale membraan van de muizennier.13 Bovendien toonden biochemische studies aan dat zoogdier MO25 de door WNK4/SPAK gemedieerde fosforylering van NCC en NKCC versterkt,14 waarschijnlijk door het vergemakkelijken van structurele veranderingen in de kinasen. Samen met de intrigerende ontdekking in de Malpighian tubule van Drosophila, gerapporteerd door Sun e.a.,2 geven deze observaties een dwingende reden om te suggereren dat MO25 de WNK signalering in de zoogdiernier beïnvloedt.

De ontdekking van MO25 in het WNK pad heeft belangrijke implicaties. Omdat een lage kaliumconsumptie, gebruikelijk in moderne diëten, de schakelroute onder druk zet om kalium te behouden ten koste van een verhoogde natriumabsorptie, biedt de route een mechanisme om te verklaren waarom het moderne dieet het vuur van zout-gevoelige hypertensie voedt. Gezien zijn potentiële rol in het bepalen van de gevoeligheid van de route voor kalium, moet MO25 worden beschouwd als een potentieel doelwit voor antihypertensiva.

• Copyright © 2018 by the American Society of Nephrology