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cotransportador de Na–K–Cl

La función básica del cotransportador de Na-K-Cl (NKCC). El cotransportador Na–K–Cl ( NKCC ) es una proteína transportadora que participa en el transporte activo secundario de s...

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La función básica del cotransportador de Na-K-Cl (NKCC).

El cotransportador Na–K–Cl ( NKCC ) es una proteína transportadora que participa en el transporte activo secundario de sodio , potasio y cloruro hacia el interior de las células . [ 1 ] En humanos, existen dos isoformas de esta proteína transportadora de membrana , NKCC1 y NKCC2 , codificadas por dos genes diferentes ( SLC12A2 y SLC12A1, respectivamente). Las dos isoformas del gen NKCC1/Slc12a2 resultan de la conservación (isoforma 1) o la omisión (isoforma 2) del exón 21 en el producto génico final. [ 2 ]

NKCC1 se distribuye ampliamente por todo el cuerpo humano; desempeña funciones importantes en los órganos que secretan fluidos. En cambio, NKCC2 se encuentra específicamente en el riñón , donde extrae sodio, potasio y cloruro de la orina para que puedan ser reabsorbidos en la sangre . [ 3 ]

Función

Las proteínas NKCC son proteínas de transporte de membrana que transportan iones de sodio (Na), potasio (K) y cloruro (Cl) a través de la membrana celular . Debido a que mueven cada soluto en la misma dirección, se consideran simportadores . Mantienen la electroneutralidad al mover dos solutos con carga positiva (sodio y potasio) junto con dos partes de un soluto con carga negativa (cloruro). Por lo tanto, la estequiometría de los solutos transportados es 1Na:1K:2Cl. Aunque los axones gigantes del calamar son la única excepción notable con una estequiometría de 2Na:1K:3Cl, la electroneutralidad a través del transportador de proteínas se mantiene. [ 3 ] La velocidad de transporte de estos iones está regulada por sitios de fosforilación , que están presentes en ambas isoformas de NKCC. [ 4 ]

NKCC1

La isoforma NKCC1 consta de aproximadamente 1200 aminoácidos , con unos 500 residuos de aminoácidos que dan lugar a doce regiones transmembrana hidrofóbicas. [ 5 ] Sin embargo, la evidencia de un transcrito de ARNm NKCC1 más corto (6,7 kb a 7-7,5 kb) en células de músculo esquelético respalda que existen otras variantes de NKCC1 de manera específica de tejido. [ 6 ] El extremo carboxilo del cotransportador NKCC1 contiene múltiples sitios de fosforilación y está altamente conservado entre especies, mientras que, por el contrario, el extremo amino contiene al menos un sitio de fosforilación y está poco conservado entre especies [ 5 ] . Centrándonos en las regiones transmembrana, los estudios de afinidad impulsados ​​por mutagénesis han revelado que la segunda región transmembrana es el determinante de la afinidad por cationes, mientras que la afinidad por cloruro fue determinada por las regiones transmembrana cuatro a siete. [ 5 ] Además, se descubrió que la bumetanida , un diurético de asa , se une a las regiones transmembrana 2 a 7, 11 y 12. [ 5 ]

NKCC1 se distribuye ampliamente por todo el cuerpo, especialmente en los órganos que secretan fluidos, llamados glándulas exocrinas . [ 7 ] En las células de estos órganos, NKCC1 se encuentra comúnmente en la membrana basolateral , [ 8 ] la parte de la membrana celular más cercana a los vasos sanguíneos . El exón 21 posee una secuencia de translocación que dirige a NKCC1 a la membrana basolateral. [ 9 ] Por lo tanto, los cotransportadores de NKCC1 que han sido empalmados alternativamente para excluir el exón 21 se translocarán a la membrana apical en lugar de a la membrana basolateral. Su ubicación basolateral le da a NKCC1 la capacidad de transportar sodio, potasio y cloruro desde la sangre hacia el interior de la célula. Otros transportadores ayudan en el movimiento de estos solutos fuera de la célula a través de su superficie apical. El resultado final es que los solutos de la sangre, en particular el cloruro, se secretan en la luz de estas glándulas exocrinas, aumentando la concentración luminal de solutos y provocando la secreción de agua por ósmosis .

Además de las glándulas exocrinas, NKCC1 es necesario para establecer la endolinfa rica en potasio que baña parte de la cóclea , un órgano necesario para la audición. La inhibición de NKCC1, como con furosemida u otros diuréticos de asa , puede provocar sordera . [ 8 ] Específicamente en la cóclea, NKCC1 está presente en la estría vascular , el ligamento espiral y los ganglios espirales . [ 8 ] De manera similar, la expresión de NKCC1 disminuye con el envejecimiento , lo que resulta en una pérdida auditiva progresiva . [ 10 ] Adicionalmente, NKCC1 está presente en las células oscuras del vestíbulo y contribuye a la generación de la endolinfa del sistema vestibular . [ 11 ]

NKCC1 también se expresa en muchas regiones del cerebro durante el desarrollo temprano, pero no en la edad adulta. [ 12 ] Este cambio en la presencia de NKCC1 parece ser responsable de la alteración de las respuestas a los neurotransmisores GABA y glicina , pasando de excitatorias a inhibitorias, lo que se ha sugerido que es importante para el desarrollo neuronal temprano. Mientras los transportadores NKCC1 estén predominantemente activos, las concentraciones internas de cloruro en las neuronas aumentan en comparación con las concentraciones de cloruro en la edad adulta, lo cual es importante para las respuestas a GABA y glicina, ya que los respectivos canales aniónicos regulados por ligando son permeables al cloruro. Con concentraciones internas de cloruro más altas, la fuerza impulsora hacia el exterior para estos iones aumenta, y por lo tanto la apertura del canal conduce a que el cloruro salga de la célula, despolarizándola. Dicho de otro modo, el aumento de la concentración interna de cloruro aumenta el potencial de inversión para el cloruro, dado por la ecuación de Nernst . Más adelante en el desarrollo, la expresión de NKCC1 se reduce, mientras que la expresión de un cotransportador de K-Cl KCC2 aumenta, lo que hace que la concentración interna de cloruro en las neuronas disminuya a los valores adultos. [ 13 ]

Se ha sugerido que la regulación dependiente de la actividad de NKCC1 durante el desarrollo neuronal temprano contribuye, junto con la regulación positiva de KCC2, al cambio en el desarrollo de la señalización GABAérgica de respuestas despolarizantes a hiperpolarizantes. [ 14 ] [ 15 ]

Se ha identificado NKCC1 en células de Sertoli , espermatocitos y espermátidas en el sistema reproductor masculino . [ 16 ] La función de NKCC1 parece ser crítica para la espermatogénesis , ya que la reducción de NKCC1 en ratones provoca que los espermatocitos no maduren en espermatozoides , lo que resulta en infertilidad . [ 16 ] Además, los ratones con reducción de NKCC1 también presentan un tamaño testicular disminuido en comparación con los ratones de tipo silvestre . [ 16 ] El mecanismo detrás de la fertilidad masculina dependiente de NKCC1 no está claro; es posible que la disminución observada en el recuento de espermatozoides se deba a la falta de cotransporte de NKCC1 en el testículo o a una falla en las neuronas que expresan NKCC1 en el hipotálamo para liberar la hormona liberadora de gonadotropina . [ 4 ]

NKCC2

La isoforma NKCC2 es más pequeña que NKCC1, 121 kDa frente a 195 kDa , respectivamente, principalmente porque NKCC2 no contiene una secuencia de 80 aminoácidos presente en el extremo N-terminal de NKCC1. [ 3 ] Además, la isoforma NKCC2 no contiene el exón 21, lo que resulta en que NKCC2 se transloque a la membrana apical . [ 4 ] En comparación con NKCC1, el exón 1 está dividido en dos exones separados en NKCC2 y el exón 4 se empalma alternativamente en las formas A, B y F, que son exclusivas de NKCC2. [ 4 ] Se cree que la expresión de NKCC2 está limitada a las células renales , aunque esto se ha puesto en duda debido a la posible expresión de NKCC2 en las células β pancreáticas . [ 17 ]

NKCC2 se encuentra específicamente en las células de la rama ascendente gruesa del asa de Henle y la mácula densa de las nefronas , las unidades funcionales básicas del riñón . Dentro de estas células, NKCC2 reside en la membrana apical [ 18 ] que limita con la luz de la nefrona , que es el espacio hueco que contiene la orina . Por lo tanto, participa tanto en la absorción de sodio como en la retroalimentación tubuloglomerular .

La rama ascendente gruesa del asa de Henle comienza en la porción más profunda de la médula renal externa. Aquí, la orina tiene una concentración relativamente alta de sodio. A medida que la orina se mueve hacia la porción más superficial de la rama ascendente gruesa, NKCC2 es la principal proteína transportadora por la cual se reabsorbe el sodio de la orina. Este movimiento hacia afuera del sodio y la falta de permeabilidad al agua en la rama ascendente gruesa, crea una orina más diluida. [ 19 ] Según la estequiometría descrita anteriormente, cada ion de sodio reabsorbido trae un ion de potasio y dos iones de cloruro. El sodio continúa siendo reabsorbido en la sangre , donde contribuye al mantenimiento de la presión arterial .

La furosemida y otros diuréticos de asa inhiben la actividad del NKCC2, lo que dificulta la reabsorción de sodio en la rama ascendente gruesa del asa de Henle. La acción de estos diuréticos también reduce la reabsorción de potasio a través del cotransportador NKCC2 y, en consecuencia, aumenta el flujo tubular, lo que incrementa la secreción de potasio y acentúa el efecto hipopotasémico.

La alteración de la reabsorción de sodio aumenta la diuresis mediante tres mecanismos:

  1. Aumenta la cantidad de osmolitos activos en la orina al disminuir la absorción de sodio.
  2. Borra el gradiente papilar
  3. Inhibe la retroalimentación tubuloglomerular

Por lo tanto, los diuréticos de asa acaban provocando una disminución de la presión arterial.

La hormona vasopresina también estimula la actividad de NKCC2. La vasopresina estimula la reabsorción de cloruro de sodio en la rama ascendente gruesa de la nefrona mediante la activación de vías de señalización. La vasopresina aumenta el transporte de NKCC2 a la membrana y fosforila algunos sitios de serina y treonina en el extremo N-terminal citoplasmático de NKCC2, lo que incrementa su actividad. El aumento de la actividad de NKCC2 facilita la reabsorción de agua en el conducto colector a través de los canales de acuaporina 2, creando un filtrado hipoosmótico. [ 20 ] [ 21 ]

Genética

NKCC1 y NKCC2 están codificados por genes en los brazos largos de los cromosomas 5 [ 5 ] y 15 [ 22 ] respectivamente. Una mutación con pérdida de función de NKCC2 produce el síndrome de Bartter , un trastorno autosómico recesivo caracterizado por alcalosis metabólica hipopotasémica con presión arterial normal o baja. [ 22 ]

El promotor del gen SLC12A2, que codifica para NKCC1, contiene sitios de unión para los factores de transcripción homeobox SIX1 y SIX4 , que han demostrado aumentar la expresión del ARNm de NKCC1 cuando se unen. [ 23 ] Además, la expresión de NKCC1 aumenta cuando el promotor de SLC12A2 está hipometilado debido a la unión del factor de transcripción Sp1 . [ 24 ]

A diferencia de SLC12A2, el promotor del gen SLC12A1, que codifica para NKCC2, no contiene ni una caja TATA ni sitios de unión para Sp1 . [ 4 ] Los sitios de unión reguladores en el promotor de NKCC2 incluyen sitios para el factor nuclear de hepatocitos 1 , la proteína de unión al elemento de respuesta a cAMP , las proteínas de unión al potenciador CCAAT y las proteínas hélice-bucle-hélice básicas . [ 4 ]

Cinética

La energía necesaria para el transporte de solutos a través de la membrana celular es proporcionada por el gradiente electroquímico de sodio. Este gradiente se establece mediante la Na/K-ATPasa , una enzima dependiente de ATP . Dado que las proteínas NKCC utilizan el gradiente de sodio, su actividad depende indirectamente del ATP; por esta razón, se dice que las proteínas NKCC transportan solutos mediante transporte activo secundario . Existen tres isoformas de NKCC2 generadas por empalme alternativo (NKCC2A, B y F). Cada una de estas isoformas se expresa en diferentes porciones del asa ascendente gruesa y presenta distinta afinidad por el sodio, lo que se correlaciona con su localización. La isoforma F predomina en la porción más profunda del asa ascendente gruesa, donde la concentración de sodio es muy alta. NKCC2F es la isoforma con menor afinidad por el sodio, lo que permite que el cotransportador funcione en este entorno rico en sodio. Por el contrario, NKCC2B se expresa en la porción más superficial del asa ascendente gruesa y la mácula densa, y tiene la mayor afinidad por el sodio. Esto permite que NKCC2B funcione en este entorno con bajo contenido de sodio sin saturarse. La isoforma NKCC2A muestra una distribución y afinidad intermedias por el sodio. [ 25 ] De esta manera, NKCC2 puede funcionar correctamente en el rango de concentraciones de sodio que se encuentran a lo largo del asa ascendente gruesa.

Véase también

Referencias

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