Canale epiteliale del sodio

Il canale epiteliale del sodio (breve: ENaC , anche: canale del sodio sensibile all'amiloride ) è un canale ionico legato alla membrana che è selettivamente permeabile agli ioni di sodio (Na +) e che è assemblato come un eterotrimero composto da tre subunità omologhe α o δ, β e γ, queste subunità sono codificate da quattro geni: SCNN1A, SCNN1B, SCNN1G e SCNN1D. È coinvolto principalmente nel riassorbimento degli ioni sodio nei condotti di raccolta dei nefroni renali.

Le membrane apicali di molti epiteli stretti contengono canali del sodio che sono caratterizzati principalmente dalla loro elevata affinità per l'amiloride bloccante diuretico. Questi canali mediano il primo passo del riassorbimento attivo del sodio essenziale per il mantenimento dell'omeostasi del sale e dell'acqua. Nei vertebrati, i canali controllano il riassorbimento del sodio nelle ghiandole renali, colon, polmonari e sudoripare; svolgono anche un ruolo nella percezione del gusto.

I canali epiteliali del sodio sono strutturalmente e probabilmente evolutivi in ​​relazione ai purinorecettori P2X, recettori del dolore che si attivano quando rilevano l'ATP.

Posizione e funzione

ENaC si trova nella membrana apicale delle cellule epiteliali polarizzate, in particolare nel rene (principalmente nel tubulo di raccolta), nel polmone, nella pelle, nel tratto riproduttivo maschile e femminile e nel colon. I canali epiteliali del sodio facilitano il riassorbimento del Na⁺ attraverso le membrane apicali degli epiteli nel nefrone distale, nelle vie respiratorie e riproduttive e nelle ghiandole esocrine. Poiché la concentrazione di ioni Na⁺ è un fattore determinante per l'osmolarità del fluido extracellulare, i cambiamenti nella concentrazione di Na⁺ influenzano il movimento dei fluidi e di conseguenza il volume del fluido e la pressione sanguigna. L'attività di ENaC nel colon e nei reni è modulata dall'aldosterone mineralcorticoide. Può essere bloccato dal triamterene o dall'amiloride, che sono usati in medicina per servire come diuretici. Nel rene, è inibito dal peptide natriuretico atriale, causando natriuresi e diuresi.

I canali epiteliali Na + (ENaCs) nel cervello svolgono un ruolo significativo nella regolazione della pressione sanguigna. I neuroni della vasopressina (VP) svolgono un ruolo fondamentale nel coordinare le risposte neuroendocrine e autonome per mantenere l'omeostasi cardiovascolare. Un'elevata assunzione di sale nella dieta ha causato un aumento dell'espressione e dell'attività dell'ENaC che ha portato alla depolarizzazione allo stato stazionario dei neuroni VP. Questo è uno dei meccanismi alla base del modo in cui l'assunzione di sale nella dieta influenza l'attività dei neuroni VP attraverso l'attività ENaC. I canali ENaC nel cervello sono coinvolti nella risposta della pressione sanguigna al sodio nella dieta.

Studi di immunofluorescenza ad alta risoluzione hanno rivelato che nel tratto respiratorio e nel tratto riproduttivo femminile, ENaC si trova lungo l'intera lunghezza delle ciglia che coprono la superficie delle cellule multiciliate. Quindi, in questi epiteli con ciglia mobili, ENaC funge da regolatore dell'osmolarità del fluido periciliare e la sua funzione è essenziale per mantenere il volume del fluido ad una profondità necessaria per la motilità delle ciglia. Nel tratto respiratorio questo movimento è essenziale per liberare la superficie della mucosa e nel tratto riproduttivo femminile, la motilità delle ciglia è essenziale per il movimento degli ovociti.

Contrariamente a ENaC, sulle ciglia non si trovano CFTR che regolano il trasporto di ioni cloruro. Questi risultati contraddicono un'ipotesi precedente secondo cui l'ENaC è sotto-regolato dall'interazione diretta con CFTR. Nei pazienti con fibrosi cistica (CF), CFTR non può downregolare ENaC, causando iperassorbimento nei polmoni e infezioni polmonari ricorrenti. È stato suggerito che potrebbe trattarsi di un canale ionico collegato al ligando.

Negli strati epidermici della pelle, ENaC è espresso nei cheratinociti, nelle ghiandole sebacee e nelle cellule muscolari lisce. In queste cellule l'ENaC si trova principalmente nel citoplasma. Nelle ghiandole sudoripare eccrine, ENaC si trova prevalentemente nella membrana apicale di fronte al lume dei condotti del sudore. La principale funzione dell'ENaC in questi condotti è la ricomposizione degli ioni Na⁺ che vengono escreti nel sudore. Nei pazienti con mutazioni ENaC che causano pseudoipoaldosteronismo sistemico di tipo I, i pazienti possono perdere una quantità significativa di ioni Na, specialmente in climi caldi.

L'ENaC si trova anche nei recettori del gusto, dove svolge un ruolo importante nella percezione della salsedine. Nei roditori, praticamente l'intero gusto salino è mediato dall'ENaC, mentre sembra svolgere un ruolo meno significativo nell'uomo: circa il 20 percento può essere accreditato sul canale epiteliale del sodio.

Selettività ionica

Gli studi dimostrano che il canale ENaC è permeabile agli ioni Na + e Li +, ma ha una permeabilità molto ridotta agli ioni K +, Cs + o Rb +.

Reazione di trasporto

La reazione di trasporto generalizzata per i canali Na + è:

Quello per le degenerine è:

Struttura

ENaC è costituito da tre diverse subunità: α, β, γ. Tutte e tre le subunità sono essenziali per il trasporto al gruppo membrana dei canali funzionali sulla membrana. Il C-terminus di ciascuna subunità ENaC contiene un motivo PPXY che, quando mutato o eliminato nella subunità β- o γ-ENaC, porta alla sindrome di Liddle, una forma umana autosomica dominante di ipertensione. La struttura cryoEM di ENaC indica che il canale è una proteina eterotrimerica come il canale ionico acido-sensibile 1 (ASIC1), che appartiene alla stessa famiglia. Ciascuna delle subunità è composta da due eliche transmembrane e un anello extracellulare. I termini amminici e carbossilici di tutti e tre i polipeptidi si trovano nel citosol.

La struttura cristallina di ASIC1 e gli studi di mutagenesi diretti al sito suggeriscono che ENaC ha un canale ionico centrale situato lungo l'asse di simmetria centrale tra le tre subunità.

In termini di struttura, le proteine ​​che appartengono a questa famiglia sono costituite da circa 510 a 920 residui di aminoacidi. Sono costituiti da una regione N-terminale intracellulare seguita da un dominio transmembrana, un ampio anello extracellulare, un secondo segmento transmembrana e una coda intracellulare C-terminale.

δ subunità

Inoltre esiste una quarta, cosiddetta subunità δ, che condivide una considerevole somiglianza di sequenza con la subunità α e può formare un canale ionico funzionale insieme alle subunità β e γ. Tali δ-, β-, γ-ENaC compaiono nel pancreas, nei testicoli, nei polmoni e nelle ovaie. La loro funzione è ancora sconosciuta.

famiglie

I membri della famiglia epiteliale Na + channel (ENaC) si dividono in quattro sottofamiglie, chiamate alpha, beta, gamma e delta. Le proteine ​​presentano la stessa topologia apparente, ciascuna con due segmenti di transmembrana (TM) -spanning (TMS), separati da un ampio anello extracellulare. Nella maggior parte delle proteine ​​ENaC finora studiate, i domini extracellulari sono altamente conservati e contengono numerosi residui di cisteina, con regioni TM anfipatiche C-terminali affiancate, postulate per contribuire alla formazione dei pori idrofili dei complessi proteici del canale oligomerico. Si ritiene che i domini extracellulari ben conservati fungano da recettori per controllare le attività dei canali.

Le proteine ​​vertebrali ENaC delle cellule epiteliali si raggruppano strettamente sull'albero filogenetico; Nel cervello si trovano anche omologhi ENaC insensibili alla tensione. Le molte proteine ​​sequenziate di C. elegans, comprese le degenerine a forma di verme, sono lontanamente correlate alle proteine ​​dei vertebrati e tra loro. Le proteine ​​ENaC dei vertebrati sono simili alle degenerine di Caenorhabditis elegans : deg-1, del-1, mec-4, mec-10 e unc-8. Queste proteine ​​possono essere mutate per causare la degradazione neuronale e si ritiene anche che formino canali del sodio.

superfamiglia

La famiglia dei canali epiteliali del sodio (Na +) (ENac) appartiene alla superfamiglia ENaC / P2X. I recettori ENaC e P2X hanno strutture tridimensionali simili e sono omologhi.

geni

L'architettura esone-introne dei tre geni che codificano per le tre subunità di ENaC è rimasta altamente conservata nonostante la divergenza delle loro sequenze.

• SCNN1A, SCNN1B, SCNN1G, SCNN1D

Esistono quattro canali del sodio sensibili all'amiloride correlati:

• ACCN1, ACCN2, ACCN3, ACCN4

Significato clinico

L'interazione ENaC con CFTR è di importanza patofisiologica importante nella fibrosi cistica. Il CFTR è un canale transmembrana responsabile del trasporto del cloruro e i difetti in questa proteina causano la fibrosi cistica, in parte attraverso la sovraregolazione del canale ENaC in assenza di CFTR funzionale.

Nelle vie aeree, CFTR consente la secrezione di cloruro e gli ioni sodio e l'acqua seguono passivamente. Tuttavia, in assenza di CFTR funzionale, il canale ENaC è sovraregolato e riduce ulteriormente la secrezione di sale e acqua riassorbendo gli ioni sodio. Come tale, le complicanze respiratorie nella fibrosi cistica non sono causate esclusivamente dalla mancanza di secrezione di cloruro ma dall'aumento del riassorbimento di sodio e acqua. Ciò si traduce nella deposizione di muco denso e disidratato, che si raccoglie nel tratto respiratorio, interferendo con lo scambio di gas e consentendo la raccolta di batteri. Tuttavia, una sovraregolazione del CFTR non corregge l'influenza dell'ENaC ad alta attività. Probabilmente sono necessarie altre proteine ​​interagenti per mantenere un'omeostasi ionica funzionale nel tessuto epiteliale del polmone, come canali di potassio, acquaporine o Na / K-ATPase.

Nelle ghiandole sudoripare, il CFTR è responsabile del riassorbimento del cloruro nel condotto del sudore. Gli ioni sodio seguono passivamente l'ENaC a causa del gradiente elettrochimico causato dal flusso di cloruro. Ciò riduce la perdita di sale e acqua. In assenza di flusso di cloruro nella fibrosi cistica, gli ioni sodio non attraversano ENaC, portando a una maggiore perdita di sale e acqua. (Ciò è vero nonostante la sovraregolazione del canale ENaC, poiché il flusso nei condotti del sudore è limitato dal gradiente elettrochimico impostato dal flusso di cloruro attraverso il CFTR.) In quanto tale, la pelle dei pazienti ha un sapore salato e questo è comunemente usato per diagnosticare il malattia, sia in passato che oggi da moderni test elettrici.

L'aumento delle mutazioni funzionali delle subunità β e γ è associato alla sindrome di Liddle.

L'amiloride e il triamterene sono diuretici risparmiatori di potassio che agiscono come bloccanti dei canali epiteliali del sodio.