Canal de sódio epitelial - Epithelial sodium channel
| Canal de sódio sensível à amilorida | |||||||||||
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 Estrutura do ENaC humano.
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| Símbolo | ASC | ||||||||||
| Pfam | PF00858 | ||||||||||
| InterPro | IPR001873 | ||||||||||
| PRÓSITO | PDOC00926 | ||||||||||
| SCOP2 | 6BQN / SCOPe / SUPFAM | ||||||||||
| TCDB | 1.A.6 | ||||||||||
| Superfamília OPM | 181 | ||||||||||
| Proteína OPM | 4fz1 | ||||||||||
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O canal de sódio epitelial (abreviação: ENaC , também: canal de sódio sensível à amilorida ) é um canal iônico ligado à membrana que é seletivamente permeável aos íons de sódio ( Na+
) e que é montado como um heterotrímero composto por três subunidades homólogas α ou δ, β e γ. Essas subunidades são codificadas por quatro genes: SCNN1A , SCNN1B , SCNN1G e SCNN1D . É envolvido principalmente na reabsorção de iões de sódio para os canais de colheita do rim 's nefrónios . Além de estar implicado em doenças em que o equilíbrio de fluidos através das membranas epiteliais é perturbado, incluindo edema pulmonar, fibrose cística, COPD e COVID-19, as formas proteolisadas de ENaC funcionam como o receptor humano do sabor do sal.
As membranas apicais de muitos epitélios rígidos contêm canais de sódio que são caracterizados principalmente por sua alta afinidade com o bloqueador diurético amilorida . Esses canais medeiam a primeira etapa da reabsorção ativa de sódio, essencial para a manutenção da homeostase do sal corporal e da água. Em vertebrados , os canais controlam a reabsorção de sódio nos rins, cólon, pulmão e glândulas sudoríparas; eles também desempenham um papel na percepção do sabor.
Os canais de sódio epiteliais são estruturalmente e provavelmente evolutivamente relacionados aos purinorreceptores P2X , receptores de dor que se ativam quando detectam ATP.
Localização e função
ENaC está localizado na membrana apical das células epiteliais polarizadas, em particular no rim (principalmente no túbulo coletor), no pulmão , na pele, nos tratos reprodutivos masculino e feminino e no cólon . Os canais epiteliais de sódio facilitam a reabsorção de Na + através das membranas apicais do epitélio no néfron distal , tratos respiratório e reprodutivo e glândulas exócrinas . Uma vez que a concentração de íons Na + é o principal determinante da osmolaridade do fluido extracelular , as mudanças na concentração de Na + afetam o movimento dos fluidos e, conseqüentemente, o volume do fluido e a pressão arterial. A atividade de ENaC no cólon e nos rins é modulada pelo mineralcorticóide aldosterona . Ele pode ser bloqueado por triamtereno ou amilorida , que são usados clinicamente para servir como diuréticos . No rim, é inibida pelo peptídeo natriurético atrial , causando natriurese e diurese.
Os canais epiteliais de Na + (ENaCs) no cérebro desempenham um papel significativo na regulação da pressão arterial. Os neurônios vasopressina (VP) desempenham um papel fundamental na coordenação das respostas neuroendócrinas e autonômicas para manter a homeostase cardiovascular. A alta ingestão de sal na dieta causa um aumento na expressão e atividade de ENaC, o que resulta na despolarização de estado estacionário dos neurônios VP. Este é um dos mecanismos subjacentes ao modo como a ingestão de sal na dieta afeta a atividade dos neurônios VP por meio da atividade ENaC. Os canais ENaC no cérebro estão envolvidos na resposta da pressão arterial ao sódio da dieta.
Estudos de imunofluorescência de alta resolução revelaram que no trato respiratório e no aparelho reprodutor feminino, ENaC está localizado ao longo de todo o comprimento dos cílios que cobrem a superfície das células multiciliados. Portanto, nesses epitélios com cílios móveis, o ENaC funciona como regulador da osmolaridade do líquido periciliar, sendo sua função essencial para manter o volume do líquido na profundidade necessária para a motilidade dos cílios. No trato respiratório esse movimento é essencial para limpar a superfície da mucosa e, no trato reprodutor feminino, a motilidade dos cílios é essencial para a movimentação dos oócitos.
Em contraste com ENaC, CFTR que regula o transporte de íons cloreto não é encontrado nos cílios. Esses resultados contradizem uma hipótese anterior de que ENaC é regulado para baixo por interação direta com CFTR. Em pacientes com fibrose cística (FC), o CFTR não pode diminuir o ENaC, causando hiperabsorção nos pulmões e infecções pulmonares recorrentes. Foi sugerido que ele pode ser um canal iônico controlado por ligante .
Nas camadas epidérmicas da pele, o ENaC é expresso nos queratinócitos, glândulas sebáceas e células musculares lisas. Nessas células, o ENaC está localizado principalmente no citoplasma. Nas glândulas sudoríparas écrinas, o ENaC está predominantemente localizado na membrana apical voltada para o lúmen dos ductos sudoríparos. A principal função do ENaC nesses dutos é a recaptação dos íons Na⁺ que são excretados no suor. Em pacientes com mutações ENaC que causam pseudo-hipoaldosteronismo sistêmico tipo I, os pacientes podem perder uma quantidade significativa de íons Na⁺, especialmente em climas quentes.
ENaC também é encontrado em receptores de sabor , onde desempenha um papel importante na percepção de salinidade . Em roedores, praticamente todo o sabor do sal é mediado por ENaC, ao passo que parece desempenhar um papel menos significativo em humanos: cerca de 20% podem ser atribuídos ao canal de sódio epitelial.
Variantes protoelyzed de ENaC também funcionam como receptores de sabor de sal humano. Este papel foi confirmado pela primeira vez usando estudos sensoriais humanos para avaliar o efeito do 4-propilfenil 2-furoato na percepção do sabor salgado do sal de cozinha, cloreto de sódio (NaCl). O 4-propilfenil 2-furoato é um composto que foi descoberto por ativar o ENaC proteolisado.
Seletividade de íons
Estudos mostram que o canal ENaC é permeável ao Na+
e Li+
íons, mas tem muito pouca permeabilidade ao K+
, Cs+
ou Rb+
íons.
Reação de transporte
A reação de transporte generalizada para Na+
canais é:
-
N / D+
(fora) → Na+
(no)
Isso para os degenerados é:
- Cation (out) → catation (in)
Estrutura
ENaC consiste em três subunidades diferentes: α, β, γ. Todas as três subunidades são essenciais para o transporte para o conjunto de canais funcionais da membrana. O terminal C de cada subunidade ENaC contém um motivo PPXY que, quando mutado ou deletado na subunidade β- ou γ-ENaC, leva à síndrome de Liddle, uma forma humana autossômica dominante de hipertensão. A estrutura crioEM do ENaC indica que o canal é uma proteína heterotrimérica como o canal iônico sensível ao ácido 1 (ASIC1) , que pertence à mesma família. Cada uma das subunidades consiste em duas hélices transmembrana e uma alça extracelular. Os terminais amino e carboxi de todos os três polipeptídeos estão localizados no citosol .
A estrutura cristalina do ASIC1 e os estudos de mutagênese dirigida ao local sugerem que o ENaC tem um canal iônico central localizado ao longo do eixo de simetria central entre as três subunidades.
Em termos de estrutura, as proteínas que pertencem a esta família consistem em cerca de 510 a 920 resíduos de aminoácidos. Eles são feitos de uma região N-terminal intracelular seguida por um domínio transmembranar, uma grande alça extracelular, um segundo segmento transmembranar e uma cauda intracelular C-terminal.
subunidade δ
Além disso, há uma quarta, chamada subunidade δ, que compartilha similaridade de sequência considerável com a subunidade α e pode formar um canal de íons funcional junto com as subunidades β e γ. Tais δ-, β-, γ-ENaC aparecem no pâncreas , testículos , pulmão e ovários . Sua função ainda é desconhecida.
Famílias
Membros do epitélio Na+
A família de canais (ENaC) se divide em quatro subfamílias, denominadas alfa, beta, gama e delta. As proteínas exibem a mesma topologia aparente, cada uma com dois segmentos de expansão transmembrana (TM) (TMS), separados por uma grande alça extracelular. Na maioria das proteínas ENaC estudadas até o momento, os domínios extracelulares são altamente conservados e contêm numerosos resíduos de cisteína, com regiões anfipáticas TM flanqueadoras do terminal C, postuladas para contribuir para a formação dos poros hidrofílicos dos complexos de proteínas do canal oligomérico. Pensa-se que os domínios extracelulares bem conservados servem como receptores para controlar as atividades dos canais.
As proteínas ENaC de vertebrados das células epiteliais agrupam-se fortemente na árvore filogenética; homólogos ENaC insensíveis à voltagem também são encontrados no cérebro. As muitas proteínas sequenciadas de C. elegans, incluindo as degenerinas do verme, estão distantemente relacionadas às proteínas de vertebrados, bem como umas às outras. As proteínas ENaC dos vertebrados são semelhantes às degenerinas de Caenorhabditis elegans : deg-1, del-1, mec-4, mec-10 e unc-8. Essas proteínas podem sofrer mutação para causar degradação neuronal e também formar canais de sódio.
Superfamília
O sódio epitelial ( Na+
) A família de canais (ENaC) pertence à superfamília ENaC / P2X. Os receptores ENaC e P2X têm estruturas 3-d semelhantes e são homólogos.
Genes
A arquitetura exon-íntron dos três genes que codificam as três subunidades de ENaC permaneceu altamente conservada, apesar da divergência de suas sequências.
Existem quatro canais de sódio sensíveis à amilorida relacionados:
Linha Celular ENaC Estável
A expressão de ENaC em culturas de células de mamíferos é citotóxica, resultando na absorção de sódio, inchaço e morte celular, complicando a produção de linhas celulares estáveis para estudar ENaC. A tecnologia Chromovert permitiu a produção de uma linha celular ENaC estável usando sondas de sinalização fluorogênica e citometria de fluxo para varrer várias células para isolar clones raros capazes de expressão funcional, estável e viável de ENaC.
Significado clínico
A interação de ENaC com CFTR é de importante relevância fisiopatológica na fibrose cística . CFTR é um canal transmembrana responsável pelo transporte de cloreto e defeitos nesta proteína causam fibrose cística, em parte por meio da regulação positiva do canal ENaC na ausência de CFTR funcional.
Nas vias aéreas, o CFTR permite a secreção de cloreto, e íons sódio e água seguem passivamente. No entanto, na ausência de CFTR funcional, o canal ENaC é regulado positivamente e diminui ainda mais a secreção de sal e água pela reabsorção de íons de sódio. Como tal, as complicações respiratórias na fibrose cística não são causadas apenas pela falta de secreção de cloreto, mas sim pelo aumento da reabsorção de sódio e água. Isso resulta na deposição de muco espesso e desidratado, que se acumula no trato respiratório, interferindo nas trocas gasosas e permitindo a coleta de bactérias. No entanto, uma regulação positiva de CFTR não corrige a influência de ENaC de alta atividade. Provavelmente outras proteínas interagentes são necessárias para manter a homeostase funcional de íons no tecido epitelial do pulmão, como canais de potássio, aquaporinas ou Na / K-ATPase.
Nas glândulas sudoríparas, o CFTR é responsável pela reabsorção de cloreto no ducto sudoríparo. Os íons de sódio seguem passivamente pelo ENaC como resultado do gradiente eletroquímico causado pelo fluxo de cloreto. Isso reduz a perda de sal e água. Na ausência de fluxo de cloreto na fibrose cística, os íons de sódio não fluem através do ENaC, levando a uma maior perda de sal e água. (Isso é verdade apesar da regulação positiva do canal ENaC, já que o fluxo nos dutos de suor é limitado pelo gradiente eletroquímico estabelecido pelo fluxo de cloreto através do CFTR.) Como tal, a pele dos pacientes tem gosto salgado, e isso é comumente usado para ajudar a diagnosticar a doença, tanto no passado e hoje por testes elétricos modernos.
Mutações de ganho de função nas subunidades β e γ estão associadas à síndrome de Liddle .
A amilorida e o triamtereno são diuréticos poupadores de potássio que atuam como bloqueadores epiteliais dos canais de sódio .
Referências
links externos
- Epitelial + canal de sódio + na Biblioteca Nacional de Medicina dos EUA Medical Subject Headings (MeSH)