WNKs på flugan

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

En central roll för With No Lysine (K) (WNK) kinaser i renal elektrolytbalans och blodtryckskontroll belystes när mutationer i WNK1 och WNK4 identifierades som orsak till en genetisk intolerans mot natrium och kalium1 (pseudohypoaldosteronism typ 2); även känd som familjär hyperkalemisk hypertoni eller Gordons syndrom). I detta nummer av Journal of the American Society of Nephrology (JASN) skriver Sun et al.2 rapporterar de om en ny aktör i WNK-systemet och en överraskande komplexitet i signalmekanismen.

Enligt nuvarande kunskap iscensätter WNK-kinaserna ett omkopplingssvar som växlar aktiviteterna i två distala nefronsegment (distal konvoluterad tubulus och aldosteronkänslig distal nefron) för att bibehålla natrium- och kaliumbalansen vid ett mycket varierat kaliumintag.3 WNK-kinaser i den distala konvoluterade tubuli bildar tillsammans med ett nedströmskinas, Ste20-relaterat prolin/alaninrikt kinas (SPAK), en kaliumkänslig signalkaskad som kontrollerar aktiviteten hos den tiazidkänsliga natriumkloridkotransportern (NCC) på begäran. WNK-signalering aktiveras som svar på lågt plasmakalium vid kaliumbrist i kosten, och detta stimulerar NCC att begränsa kaliumförlusten från det aldosteronkänsliga distala nefronet på bekostnad av att behålla natrium.4-6 Omvänt inhiberas WNK-kaskaden när det finns gott om kalium i kosten, och detta undertrycker NaCl-absorptionen och ökar kaliumutsöndringen.7 Att förstå varför WNK-SPAK-signalering är så ytterst känslig för kalium i plasma har varit föremål för stort intresse.

I detta nummer av JASN rapporterar Sun et al.2 att den kaliumberoende signalmekanismen kan vara mer komplex än vad man ursprungligen trodde. I denna eleganta serie studier används på ett fantastiskt sätt ett modellsystem, Drosophila melanogaster Malpighian tubule, för att utforska den komplexa WNK-signaleringens komplexitet och bygga vidare på den rika historien av modellorganismer inom njurfysiologin. När den stimuleras utsöndrar den malpighiska tubulären en kaliumkloridrik lösning i en riklig takt, motsvarande en cellvolym vätska per sekund. Sun et al.2 har redan fastställt att kaliumsekretionen drivs av aktivering av WNK, som aktiverar SPAK-ortologen Fray, som i sin tur fosfoaktiverar NKCC1.8 I den här studien utnyttjade Sun et al.2 den genetiska följsamheten hos D. melanogaster-modellen för den malpighianska tubulären. Tillsammans med en fantastisk kombination av fysiologiska och biokemiska verktyg kunde de undersöka den intracellulära signalmekanismen djupare.

Likt motsvarigheterna från däggdjur,4,9 fann Sun et al.2 att D. melanogaster WNK är ett intracellulärt klorid (Cli-)-sensorerande kinas. Kinasmätningar in vitro visade att klorid stabiliserar WNK:s inaktiva konformation och förhindrar kinasaktivering tills Cli- minskar fysiologiskt. Följaktligen kan WNK-aktivering vara känslig för förändringar i plasmakalium och membranpotential, som har ett kraftfullt inflytande över .4,5

I däggdjurens distala konvoluterade tubuli tros Kir4.1/Kir5.1-kaliumkanaler översätta förändringar i plasmakalium till WNK-signalering genom förändringar i membranpotential och Cli-.5,10,11 I överensstämmelse med denna idé visade heterolog samuttrycksstudier av Kir 4.1, NCC och WNK i humana embryonala njurceller att en sänkning av extracellulärt kalium orsakade en hyperpolarisering av membranpotentialen, vilket i sin tur sänkte Cli- för att stimulera WNK och öka SPAK- och NCC-fosforyleringen5,10,11 . En ökning av kalium hade motsatt effekt. Även om dessa vackra studier etablerade hypotesen om WNK/Cl–sensing, fick de många att undra om detta verkligen sker in vivo.

Sun et al.2 visar nu för första gången att mekanismen fungerar i infödda transporterande celler, men med en twist. Med hjälp av en genetiskt kodad Cl- sensor som uttrycks i Malpighian tubule-cellerna visade det sig att aktivering av jontransport och WNK-signalering i Malpighian tubule sammanfaller med ett fall i Cli-, precis som förutspått. Överraskande nog var dock mutation av de rester i WNK som bildar Cl–bindningsstället inte tillräckligt för att aktivera WNK-signalering och -transport. Fullständig aktivering av jontransporten i den malpighiska tubulären med det Cl–insensitiva WNK-kinaset krävde samexpression av ett annat protein, ett kinaskapselprotein som är avlägset besläktat med armadilloproteiner och som heter Drosophila MO2512 (även känt som kalciumbindningsprotein 39). Knockdown-studier fastställde att MO25 krävs för fysiologisk aktivering av det transepiteliala jonflödet med WNK av vildtyp. Eftersom in vitro fosforyleringsstudier visade att Drosophila Mo25 påverkar WNK:s kloridkänslighet, verkar det troligt att samarbetsinteraktioner mellan klorid och Mo25 direkt reglerar WNK-signalering.

Dessa fynd har troligen omedelbar tillämpbarhet på däggdjursnjurar. MO25 kolokaliserar med NCC och NKCC2 på det apikala membranet i musens njure.13 Dessutom visade biokemiska studier att MO25 från däggdjur ökar WNK4/SPAK-medierad fosforylering av NCC och NKCC,14 troligen genom att underlätta strukturella förändringar i kinaserna. Tillsammans med den fascinerande upptäckten i Drosophila Malpighian tubule som rapporterades av Sun et al.2 ger dessa observationer övertygande skäl att föreslå att MO25 påverkar WNK-signalering i däggdjursnjuren.

Fyndet av MO25 i WNK-banan har viktiga implikationer. Eftersom låg kaliumkonsumtion, som är vanlig i modern kost, trycker på växelvägen för att bevara kalium på bekostnad av ökad natriumabsorption, ger vägen en mekanism för att förklara varför den moderna kosten ger näring åt elden av saltkänslig hypertoni. Med tanke på dess potentiella roll när det gäller att bestämma känsligheten hos växlingsvägen för kalium bör MO25 övervägas som ett potentiellt mål för antihypertensiva läkemedel.

• Copyright © 2018 by the American Society of Nephrology