WNKs on the Fly

• nadciśnienie
• dystalna kanalika
• transport Na
• komórka &fizjologia transportu

Centralna rola kinaz With No Lysine (K) (WNK) w równowadze elektrolitowej nerek i kontroli ciśnienia tętniczego została oświetlona, gdy mutacje w WNK1 i WNK4 zostały zidentyfikowane jako przyczyna genetycznej nietolerancji sodu i potasu1 (pseudohypoaldosteronizm typu 2; znany również jako rodzinne nadciśnienie hiperkaliemiczne lub zespół Gordona). W tym wydaniu Journal of the American Society of Nephrology (JASN), Sun i wsp.2 donoszą o nowym graczu w szlaku WNK i zaskakującej zawiłości mechanizmu sygnalizacji.

Zgodnie z obecnym rozumieniem, kinazy WNK orkiestrują odpowiedź przełącznika, która przełącza aktywność dwóch segmentów nefronu dystalnego (dystalnej kanaliki zakrzepowej i nefronu dystalnego wrażliwego na aldosteron), aby utrzymać równowagę sodu i potasu w szerokim zakresie spożycia potasu.3 Kinazy WNK w dystalnej kanaliku zlewnym wraz z kinazą downstream, związaną ze Ste20 kinazą bogatą w prolinę/alaninę (SPAK), tworzą wrażliwą na potas kaskadę sygnalizacyjną, która kontroluje aktywność wrażliwego na tiazydy kotransportera sodowo-chlorkowego (NCC) na żądanie. Sygnalizacja WNK jest aktywowana w odpowiedzi na niski poziom potasu w osoczu przy niedoborze potasu w diecie, a to stymuluje NCC do ograniczenia utraty potasu z wrażliwego na aldosteron nefronu dystalnego kosztem zatrzymania sodu.4-6 I odwrotnie, gdy potas w diecie jest obfity, kaskada WNK jest zahamowana, a to hamuje wchłanianie NaCl i zwiększa wydalanie potasu.7 Zrozumienie, dlaczego sygnalizacja WNK-SPAK jest tak niezwykle wrażliwa na potas w osoczu, było przedmiotem wielkiego zainteresowania.

W tym numerze JASN, Sun et al.2 donoszą, że zależny od potasu mechanizm sygnalizacji może być bardziej złożony niż pierwotnie wyobrażano sobie. Ta elegancka seria badań wspaniale wykorzystuje system modelowy, Drosophila melanogaster Malpighian tubule, do zbadania złożoności sygnalizacji WNK, opierając się na bogatej historii organizmów modelowych w fizjologii nerek. Po pobudzeniu, kanalik Malpighiego wydziela roztwór bogaty w chlorek potasu w ogromnym tempie, odpowiadającym objętości komórki płynu na sekundę. Sun i wsp.2 ustalili już, że wydzielanie potasu jest napędzane przez aktywację WNK, która aktywuje ortologa SPAK – Fray; ten z kolei fosforyluje NKCC1.8 W tym badaniu Sun i wsp.2 wykorzystali genetyczne możliwości modelu kanalika Malpighiana D. melanogaster. Wraz z cudowną kombinacją fizjologicznych i biochemicznych narzędzi, byli oni w stanie zgłębić wewnątrzkomórkowy mechanizm sygnalizacji.

Podobnie jak odpowiedniki u ssaków,4,9 Sun et al.2 odkryli, że WNK D. melanogaster jest wewnątrzkomórkową kinazą wyczuwającą chlorki (Cli-)-. Pomiary kinaz in vitro wykazały, że chlorek stabilizuje nieaktywną konformację WNK, zapobiegając aktywacji kinazy do momentu fizjologicznego obniżenia stężenia Cli-. W konsekwencji, aktywacja WNK może być wrażliwa na zmiany w potencjale potasowym osocza i potencjale błonowym, które mają silny wpływ na .4,5

W dystalnej kanaliku zwężonym u ssaków, uważa się, że kanały potasowe Kir4.1/Kir5.1 przekładają zmiany w potasie osocza na sygnalizację WNK poprzez zmiany w potencjale błonowym i Cli-.5,10,11 Zgodnie z tą koncepcją, heterologiczne badania nad koekspresją Kir 4.1, NCC i WNK w komórkach ludzkiej nerki embrionalnej wykazały, że obniżenie potasu zewnątrzkomórkowego powodowało hiperpolaryzację potencjału błonowego, co z kolei obniżało Cli-, aby stymulować WNK i zwiększać fosforylację SPAK i NCC.5 Zwiększenie ilości potasu wywoływało efekt odwrotny. Chociaż te piękne badania ustanowiły hipotezę WNK/Cl–sensing, pozostawiły wielu zastanawiających się, czy to naprawdę dzieje się in vivo.

Sun et al.2 teraz pokazują po raz pierwszy, że mechanizm działa w natywnych komórkach transportujących, ale z twistem. Używając genetycznie zakodowanego czujnika Cl- wyrażonego w komórkach kanalika Malpighiana, aktywacja transportu jonów i sygnalizacji WNK w kanaliku Malpighiana zbiegła się w czasie ze spadkiem Cli-, tak jak przewidywano. Zaskakuj±co jednak, mutacja reszt w WNK tworz±cych miejsce wi±ż±ce Cl- nie była wystarczaj±ca do aktywacji sygnalizacji i transportu WNK. Pełna aktywacja transportu jonów w kanaliku Malpighiego przez niewrażliw± na Cl kinazę WNK wymagała koekspresji innego białka, białka rusztowania kinazowego, odległego od białek armadillo, nazwanego Drosophila MO2512 (znanego również jako białko wi±ż±ce wapń 39). Badania znokautowania wykazały, że MO25 jest wymagane do fizjologicznej aktywacji przezbłonkowego strumienia jonów z WNK typu dzikiego. Ponieważ badania fosforylacji in vitro ujawniły, że Drosophila Mo25 wpływa na wrażliwość WNK na chlorki, wydaje się prawdopodobne, że kooperacyjne interakcje między chlorkami i Mo25 bezpośrednio regulują sygnalizację WNK.

Te odkrycia prawdopodobnie mają bezpośrednie zastosowanie do nerek ssaków. MO25 kolokalizuje z NCC i NKCC2 na błonie apikalnej nerki myszy.13 Co więcej, badania biochemiczne ujawniły, że MO25 u ssaków zwiększa fosforylację NCC i NKCC wywołaną przez WNK4/SPAK,14 prawdopodobnie poprzez ułatwianie zmian strukturalnych w kinazach. Wraz z intrygującym odkryciem w kanaliku Malpighian Drosophila opisanym przez Sun et al.,2 te obserwacje dostarczają istotnych powodów do sugerowania, że MO25 wpływa na sygnalizację WNK w nerkach ssaków.

Odkrycie MO25 w szlaku WNK ma ważne implikacje. Ponieważ niskie spożycie potasu, powszechne w nowoczesnych dietach, naciska na ścieżkę przełącznika, aby zachować potas kosztem zwiększenia wchłaniania sodu, ścieżka zapewnia mechanizm wyjaśniający, dlaczego nowoczesna dieta karmi ogień nadciśnienia wrażliwego na sól. Biorąc pod uwagę jego potencjalną rolę w określaniu wrażliwości szlaku na potas, MO25 powinien być rozważany jako potencjalny cel leków przeciwnadciśnieniowych.

• Copyright © 2018 by the American Society of Nephrology

↵

1. Hadchouel J,
2. Ellison DH,
3. Gamba G

: Regulation of renal electrolyte transport by WNK and SPAK-OSR1 kinases. Annu Rev Physiol 78: 367-389, 2016

↵

1. Terker AS,
2. Zhang C,
3. Erspamer KJ,
4. Gamba G,
5. Yang CL,
6. Ellison DH

: Unique chloride-sensing properties of WNK4 permit the distal nephron to modulate potassium homeostasis. Kidney Int 89: 127-134, 2016

↵

1. Terker AS,
2. Zhang C,
3. McCormick JA,
4. Lazelle RA,
5. Zhang C,
6. Meermeier NP, et al

.: Potas moduluje równowagę elektrolitową i ciśnienie krwi poprzez wpływ na napięcie komórek dystalnych i chlorki. Cell Metab 21: 39-50, 2015

↵

1. Wade JB,
2. Liu J,
3. Coleman R,
4. Grimm PR,
5. Delpire E,
6. Welling PA

: SPAK-mediated NCC regulation in response to low-K+ diet. Am J Physiol Renal Physiol 308: F923-F931, 2015

↵

1. van der Lubbe N,
2. Moes AD,
3. Rosenbaek LL,
4. Schoep S,
5. Meima ME,
6. Danser AH, et al

.: K+-induced natriuresis is preserved during Na+ depletion and accompanied by inhibition of the Na+-Cl- cotransporter. Am J Physiol Renal Physiol 305: F1177-F1188, 2013

↵

1. Wu Y,
2. Schellinger JN,
3. Huang CL,
4. Rodan AR

: Hipotoniczność stymuluje przepływ potasu przez kaskadę kinaz WNK-SPAK/OSR1 i kotransporter sodowo-potasowo-2-chlorkowy Ncc69 w kanaliku nerkowym Drosophila. J Biol Chem 289: 26131-26142, 2014

↵

1. Piala AT,
2. Moon TM,
3. Akella R,
4. He H,
5. Cobb MH,
6. Goldsmith EJ

: Chloride sensing przez WNK1 obejmuje hamowanie autofosforylacji. Sci Signal 7: ra41, 2014

↵

1. Paulais M,
2. Bloch-Faure M,
3. Picard N,
4. Jacques T,
5. Ramakrishnan SK,
6. Keck M, et al

.: Renal phenotype in mice lacking the Kir5.1 (Kcnj16) K+ channel subunit contrasts with that observed in SeSAME/EAST syndrome. Proc Natl Acad Sci U S A 108: 10361-10366, 2011

↵

1. Zhang C,
2. Wang L,
3. Zhang J,
4. Su XT,
5. Lin DH,
6. Scholl UI, et al

.: KCNJ10 determines the expression of the apical Na-Cl cotransporter (NCC) in the early distal convoluted tubule (DCT1). Proc Natl Acad Sci U S A 111: 11864-11869, 2014

↵

1. Filippi BM,
2. de los Heros P,
3. Mehellou Y,
4. Navratilova I,
5. Gourlay R,
6. Deak M, et al

.: MO25 is a master regulator of SPAK/OSR1 and MST3/MST4/YSK1 protein kinases. EMBO J 30: 1730-1741, 2011

↵

1. Grimm PR,
2. Taneja TK,
3. Liu J,
4. Coleman R,
5. Chen YY,
6. Delpire E, et al

.: SPAK isoforms and OSR1 regulate sodium-chloride co-transporters in a nephron-specific manner. J Biol Chem 287: 37673-37690, 2012

↵

1. Ponce-Coria J,
2. Gagnon KB,
3. Delpire E

: Calcium-binding protein 39 facilitates molecular interaction between Ste20p proline alanine-rich kinase and oxidative stress response 1 monomers. Am J Physiol Cell Physiol 303: C1198-C1205, 2012