Mecanismos de transporte a través de membranas biológicas: transporte transepitelial Dr. Diego Álvarez de la Rosa Investigador Investigador del Programa Programa Ramón y Cajal. Departamento Departamento de Farmacología Farmacología.. Universidad de La Laguna
[email protected] Publicado en www.fisionet.org en octubre de 2006
ÍNDICE 1. Definición de epitelio. Estructura de las células epiteliales: organización de la membrana
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plasmática epitelial. epitelial. Definición y papel de la polaridad en la función epitelial. Uniones intercelulares: intercelula res: naturaleza y estructura. Relación entre uniones intercelulares y permeabili permeabilidad dad paracelular. Transporte vectorial de solutos y fluidos. Fuerzas motrices del transporte epitelial. Gradientes electroquímicos en las membranas apical y basolateral: papel de la Na + K + -ATPasa. Medida del transporte transepitelial: transepitelial: flujos netos; flujos de trazadores; flujos de volumen; corriente de cortocircuito. Mecanismos de transporte epitelial: reabsorción y secreción. Modelos de flujos reabsortivos en condiciones fisiológicas: fisiológicas: transportadores implicados en los flujos reabsortivos. Papel de la ruta paracelular. paracelula r. Modelos de secreción en condiciones fisiológicas: rutas de salida apical y entrada basolateral de iones. Movimiento de agua. Regulación del transporte transepitelial transepitelial de iones. Ejemplos de regulación de transportadores y sus mecanismos: a) fosforilación; b) tráfico de transportadores; c) cambios en la abundancia de proteína del transportador; d) proteínas modificadoras de la función de transporte. Regulación de la ruta paracelular. Regulación Regulación debida a cambios en la concentración del soluto transportado. Cólera y fibrosis quística: el papel del canal de Cl - CFTR ( cystic fibrosis conductance regulator ) en secreción; regulación de CFTR. Consecuencias fisiológicas de la ausencia de CFTR. Consecuencias fisiológicas fisiológicas de un exceso de función de CFTR. Desórdenes en la regulación de transportadores: el síndrome de Liddle. Papel del canal epitelial de sodio (ENaC) en la reabsorción de Na + y secreción de K + en el túbulo colector renal. Regulación de la función de las células principales del túbulo colector renal: papel de la aldosterona. Consecuencias Consecuencias fisiológicas de un exceso de actividad de ENaC. Desórdenes en el tráfico de transportadores: Diabetes insipidus nefrogénica. nefrogénica. Regulación del transporte de agua en el túbulo colector del riñón: control fisiológico por vasopresina. Regulación del tráfico de acuaporina 2 (AQP-2). Consecuencias fisiológicas fisiológicas de la ausencia de actividad AQP-2. Bibliografía
1.1.- Defi Defini nici ción ón de ep epit itel elio io.. Estr Estruc uctu tura ra de las las célu célula lass ep epit itel elia iale les: s: organización de la membrana plasmática epitelial. Definición y papel de la polaridad en la función epitelial. Uniones intercelulares: naturaleza y
estr estruc uctu tura ra.. Relaci Relación ón en entr tree un unio ione ness inter intercel celul ular ares es y pe perm rmea eabi bili lida dad d paracelular. De la misma manera en que la membrana celular es la barrera que separa el fluido intracelular del extracelular, los epitelios son las barreras que separan el medio interno del organismo del medio externo. El transporte de solutos y agua a través de los epitelios tiene por tanto un importantísimo papel en el mantenimiento de la homeostasis del medio interno. Un epit epitel elio io está está comp compue uest sto o por por una una capa capa inin ininte terr rrum umpi pida da de célu célula lass conect conectadas adas entre entre ellas ellas por comple complejos jos protei proteicos cos de unión. unión. Estas Estas uniones uniones funcionan como barreras selectivas de permeabilidad y además marcan la frontera entre la membrana apical , en contacto con el medio externo, y la membrana basolateral , que está orientada hacia el medio interno. Las memb membran ranas as apic apical al y basol basolat atera erall pres present entan an grand grandes es dife diferen renci cias as en sus funciones de transporte y por tanto se dice que las células epiteliales están polarizadas. Esta polarización es lo que posibilita el transporte vectorial , es decir, el transporte neto de solutos y agua de un lado a otro del epitelio. Las membr embran anas as apic apical al y baso basola lattera eral pued pueden en reci recibi birr disti istint ntos os nom nombres bres depe depend ndie iendo ndo del del epit epitel elio io en cuest cuestió ión. n. Así, Así, la memb membra rana na apica apicall puede puede denominarse membrana en cepillo, mucosa o membrana luminal. Por su parte, la membrana basolateral se conoce a veces como serosa o membrana peritubular. Existen cuatro tipos de uniones entre células epiteliales.
uniones herméticas herméticas ( tight junctions , también llamadas zonula I.- Las uniones occludens ) son estructuras complejas que impiden el paso libre de fluidos y solutos entre las células del epitelio. Si bien los componentes moleculares de las las unio unione ness hermé hermétitica cass no se conoc conocen en comp complet letam ament ente, e, se sabe sabe que que su estr estruc uctu tura ra cons consis iste te en fila filass para parale lela lass con con alta alta dens densid idad ad de prot proteí eína nass transmembrana que mantienen juntas las membranas de células adyacentes. El grado de permeabilidad de un epitelio parece estar relacionado con el número de estas filas paralelas. Las tight junctions tienen tres funciones importantes: 1) constituyen la barrera que separa el medio interno del externo; 2) actúan como elementos de permeabilidad selectiva, dejando pasar algunas moléculas con mayor facilidad que otras; 3) separan la membrana apical de la basola basolater teral, al, permiti permitiend endo o el manten mantenimi imient ento o de composi composicio ciones nes lipídi lipídicas cas y prot protei eica cass dist distin inta tass en amba ambass memb membra ranas nas,, lo que que a su vez vez posibi posibililita ta el transporte vectorial de sustancias y agua a través de un epitelio. II.- Las uniones de adhesión ( zonula adherens ) se sitúan en los laterales de las células células epitel epitelial iales es y están están consti constitui tuidas das por proteí proteínas nas de adhesió adhesión n célula-célula. Estas uniones proporcionan información a la célula sobre la identidad y proximidad de las otras células del epitelio. En tumores epiteliales, la pérdida de estas moléculas de adhesión está relacionada con el inicio del
crec crecim imie ient nto o incon incontr trol olado ado y la capac capacid idad ad de metá metást stasi asiss de las las célu célula lass tumorales.
uniones comunicantes comunicantes ( gap junction III. III.-- Las uniones junctions s ) son son cana canale less que que inte interc rcon onec ecta tan n célu célula lass epit epitel elia iale less adya adyace cent ntes es y que que perm permititen en el paso paso intercelular de moléculas de bajo peso molecular (< 1000 daltons). Debido a que los iones pueden atravesar este tipo de uniones, su presencia implica que las células de un epitelio están eléctricamente acopladas. Además, se sabe que las gap junctions son de gran importancia en la transmisión de señales mediadas por Ca 2+ intracelular. Su estructura molecular consiste en dos hemic emica anale naless deno denomi mina nado doss cone conexo xone nes, s, que que a su vez vez son son homo homo-- o heterohexámeros de proteínas de la familia de las conexinas.
IV.- Los desmosomas ( macula adherens ), unen membranas de varias células adyacentes en un solo punto. Son abundantes en zonas donde el epitelio está sometido a grandes tensiones mecánicas, como ocurre en el intestino grueso, contribuyendo a su estabilidad.
Figura 1. Tipos de uniones celulares 1.- zona ocludens 2.- zona adherens 3.- desmosomas 4.- tonofilamentos de los desmosomas 5.- microvellosidad 6.- citoesqueleto de la microvellosidad
7.- microtúbulos 8.- microfilamentos
2.- Transp Transport ortee vectori vectorial al de soluto solutoss y fluido fluidos. s. Fuerza Fuerzass motric motrices es del transporte epitelial. Gradientes electroquímicos en las membranas apical y basolateral: papel de la Na + K + -ATPasa. Medida del transporte transe transepit piteli elial: al: flujos flujos netos; netos; flujos flujos de trazad trazadore ores; s; flujos flujos de volume volumen; n; corriente de cortocircuito. Debido a que las composiciones del medio externo y del medio interno son diferentes y que el mantenimiento de estas diferencias es esencial para la vida, vida, todos todos los epitel epitelios ios están están expuest expuestos os a gradien gradientes tes de concent concentraci ración ón química y de potencial eléctrico entre su lado luminal (medio externo) y su lado intersticial (medio interno). Por ello, el gradiente electroquímico existente en la membrana apical es distinto al de la membrana basolateral, ya que aunque ambas comparten el citoplasma celular a un lado de la membrana, están expuestas a fluidos de distinta composición química al otro lado. El mantenimien mantenimiento to de los gradientes electroquímico electroquímicoss en las membranas membranas apical y basolateral es posible porque todos los epitelios comparten, además de la pres presenc encia ia de unione unioness hermé hermétiticas cas,, tres tres carac caracte terí ríst stic icas as bási básica cass que son esenciales para su funcionalidad. En primer lugar, la presencia exclusiva de la Na + ,K + -ATPasa en la membrana basolateral basolateral de todos los epitelios, epitelios, con la notable excepción del plexo coroideo. En segundo lugar, la abundancia de canales de K + en la membrana basolateral, que son independientes de voltaje y reciclan el K + introducido en la célula por la Na + ,K + -ATPasa, creando un gradiente de K + en la membrana basolateral. Este gradiente de K + es el principal determinante de la diferencia de potencial en esta membrana (unos 50-60 mV con el interior interior negativo respecto al exterior). En tercer lugar, todas las células epiteliales mantienen una concentración intracelular de Na + que ronda entre 10-30 mM, muy inferior a la del fluido extracelular. Este efecto es también debido debido a la actividad actividad Na + ,K + -ATPasa. -ATPasa. El gradiente de Na + es utilizado como fuerza motriz para la entrada de Na + a través de canales de Na + apicales y para el transporte secundario activo de otros solutos, tanto en la memb membra rana na apic apical al (eje (ejemp mplo los: s: cotr cotran ansp spor orta tado dorr de Na + y gluc glucos osa, a, intercambiador de Na + y H + , cotransportador de Na + , K + y Cl - ) como en la basolateral (ejemplo, el intercambiador de Na + y Ca 2+ ). La principal consecuencia de la existencia de gradientes electroquímicos dife diferen rente tess en la memb membra rana na apic apical al y en la memb membran rana a basol basolat atera erall de los los epitelios es que estas células pueden promover la absorción o secreción de dist istint intos solu soluttos cont contro rollando ando la inse inserc rció ión n sele select ctiv iva a de cana canale less o transportadores específicos en cada una de sus membranas. En el siguiente apar aparta tado do se expo expone nen n ejem ejempl plos os conc concre reto toss de fluj flujos os de secr secrec eció ión n o de absor bsorci ción ón.. Pero Pero antes ntes es nece necesa sari rio o exam examin inar ar cómo cómo la pres presen enci cia a y características de las uniones herméticas de un epitelio son parte esencial en
la funcionalidad de un epitelio. También repasaremos las distintas técnicas experimentales que nos permiten estudiar la función epitelial. Mediante técnicas electrofisiológicas, podemos determinar la diferencia de potencial potencial entre el lumen y el intersticio intersticio de un epitelio, epitelio, parámetro denominado denominado voltaje transepitelial . El voltaje transepitelial es la suma de los voltajes de la membrana apical y la basolateral. Además de la diferen cia de potencial, existe otro otro pará paráme metr tro o eléc eléctr tric ico o de gran gran impo import rtan anci cia a al defi defini nirr un epit epitel elio io:: la resistencia transepitelial . La resistencia de un epitelio está directamente determinada por las propiedades de sus uniones herméticas ( tight junctions ), que regulan el paso de fluidos y sustancias entre las células que componen el epitelio, denominada ruta de transporte paracelular . La resistencia de los distintos epitelios es enormemente variable y está relacionada con su función. En general se habla de epitelios � impermeables � ( tight epithelia ), que pose poseen en una una elev elevad ada a cant cantid idad ad de unio unione ness herm hermét étic icas as y por por tant tanto o alta alta resistencia eléctrica, o de epitelios � semipermeables � ( leaky epithelia ), con con meno menorr canti cantidad dad de unio uniones nes herm hermét étic icas as y por tant tanto o baja baja resis resiste tenci ncia a eléctrica. Es necesario resaltar aquí que muchos de los epitelios llamados �impermeables� permiten cierto grado de transporte paracelular, proceso que tiene tiene gran importanci importancia a fisiol fisiológic ógica, a, como como se verá más adelant adelante. e. Los epitelios �semipermeables� no son son bueno buenoss para para mant mantene enerr grad gradie ient ntes es iónico iónicoss u osmóti osmóticos cos pronunc pronunciad iados. os. En general general,, se encuent encuentran ran en zonas zonas encargadas del transporte masivo de solutos o agua de forma isosmótica. Ejemplos de epitelios de baja resistencia son el intestino delgado y el túbulo proximal del riñón. Por el contrario, los epitelios �impermeables� mantienen gradientes osmóticos o de concentración iónica muy pronunciados. Ejemplos de epitelio de alta resistencia son el túbulo distal del riñón, el intestino grueso y el de la vejiga urinaria. Existen distintas técnicas para cuantificar el transporte transepitelial. La más directa es la medida del flujo neto de una sustancia desde un lado del epitelio a otro. Por ejemplo, si tomamos un segmento del intestino delgado con sus extremos ligados y con una solución rica en glucosa en su interior, y lo situamos en una solución fisiológica sin glucosa, podemos medir el paso de glucosa desde el lumen hasta el intersticio. Si la tasa de transporte es baja, es más práctico medir el flujo de trazadores radiactivos , que permiten seguir el transporte transepitelial de pequeñas cantidades de moléculas; el isótopo del rubidio, 86 Rb, se utiliza como trazador para el estudio del transporte transepitelial de K + (el Rb + y el K + son cationes monovalentes con un radio muy similar y por tanto los transportadores y canales de K + no lo distinguen del Rb + ). El transporte de agua puede estudiarse midiendo el flujo de volumen desde un compartimiento al otro. Por último, existe una técnica electrofisológica, denominada corriente de cortocircuito , que proporciona de forma sencilla y con gran sensibilidad sensibilidad información información acerca del flujo neto de iones a través de un epitelio. Básicamente, consiste en la colocación de electrodos a ambos lados del epitelio, para generar el paso de una corriente a
través de ellos de forma que anule la diferencia de potencial a ambos lados del epitelio, esto es, provoque un �cortocircuito� del epitelio. La corriente nece necesar saria ia para para anul anular ar la dife diferen renci cia a de potenc potencia iall es igual igual a la corr corrie ient nte e generada por el flujo neto de iones de un lado da otro del epitelio, que es lo que determina su potencial de reposo. Mediante la sustitución de iones en las soluciones apical o basolateral por otros no permeables se puede determinar la naturaleza de los flujos de iones que generan el potencial transepitelial. Por otra otra parte parte,, experi experime ment ntos os en los los que que se empl emplea ean n fárm fármaco acoss que que inhi inhiben ben específicamente la función de algún canal o transportador permiten identificar los transportadores implicados en el proceso. Una aplicación clínica muy importante de técnicas electrofisiológicas que estudian la función epitelial cons consis iste te en la medi medida da del del pote potenc ncia iall tran transep sepititel elia iall en epit epitel elio io nasa nasall en pacientes con fibrosis quística ( ver apartado 5 ), prueba muy importante para el correcto diagnóstico de esta enfermedad.
3.3.- Meca Mecani nismo smoss de tran transp spor orte te ep epit itel elia ial: l: reab reabso sorc rció ión n y secr secrec eció ión. n. Mod odel elo os de fluj flujos os reabs eabso ortiv rtivos os en co cond ndiicion ciones es fisi fisiol ológ ógiicas: cas: transportadores implicados en los flujos reabsortivos. Papel de la ruta paracelular. Modelos de secreción en condiciones fisiológicas: rutas de salida apical y entrada basolateral de iones. Movimiento de agua . Como se ha explicado en el apartado anterior, la existencia de gradientes electroquími electroquímicos cos diferentes diferentes en la membrana membrana apical y la basolateral, basolateral, unida a la inser inserci ción ón sele select ctiva iva de cana canale less y tran transpo sport rtad adore oress espe especí cífificos cos en amba ambass memb membran ranas, as, perm permitite e la reabs reabsorc orció ión n de solu soluto toss desd desde e el lume lumen n hast hasta a el intersticio o, por el contrario, su secreción desde el intersticio al lumen. A cont continu inuac ació ión n se expo exponen nen cuat cuatro ro ejem ejempl plos os ilust ilustrat rativ ivos os de proce procesos sos de secreción secreción y absorción, absorción, seguidos de una breve descripción descripción del movimiento de agua a través de los epitelios.
Figura 2: Mecanismos de transporte de sodio, cloro, potasio y glucosa en las células epiteliales renales
I.- Absorción de NaCl en los túmulos conector y colector del riñón.
El modelo celular de absorción transepitelial de NaCl fue propuesto por primera primera vez por Hans Ussing, pionero en el campo del estudio estudio del transporte transporte transepitelial. A pesar de que este modelo fue propuesto para la reabsorción de NaCl a través de la piel de la rana, se ajusta perfectamente para explicar la reabsorción de NaCl en el túbulo colector del riñón de mamíferos (ver Fig. 2). Como se ha dicho con anterioridad, la actividad Na + K + -ATPasa en la membrana basolateral hace que la concentración intracelular de Na + sea baja, generando un gradiente electroquímico favorable para la entrada de Na + en la célula. Este gradiente hace que el Na + presente en el lumen del túbulo penetre de forma pasiva en la célula a través de la membrana apical, donde se sitúa un canal de Na+ denominado ENaC ( E pithelial E pithelial Na + C hannel ). El Na + que entra de esta manera en la célula es bombeado hacia el exterior por la Na + ,K + -ATPasa asa de la membra brana bas basola olatera eral, intercambiándolo por K + , que vuelve a entrar en la célula de forma pasiva a través de los canales de K + basolaterales. De esta manera se crea un flujo neto de Na + desde el lumen hasta el intersticio. Este flujo neto de cargas positivas a través del epitelio genera una corriente eléctrica, que crea una diferencia de potencial entre el lumen, con carga negativa, y el intersticio, con carga carga positiv positiva. a. Este Este gradient gradiente e eléctr eléctrico ico se aprovec aprovecha ha para el transp transport orte e paracelular de Cl- a través de las uniones herméticas. El resultado neto del proceso es la reabsorción de NaCl en el proceso de formación de la orina.
II.- Excreción de K + en el túbulo colector. El modelo que explica la reabsorción de Na + en el túbulo colector del riñón puede utilizarse también, con pocas modificaciones, para explicar la excreción de K + en el mismo segmento del túbulo (ver Fig. 1). Si la célula posee en la membrana apical, además de los canales de Na + ENaC, canales de K + , se permite la salida pasiva de parte del K + intracelular hacia el lumen tubular. La salida de K + tiene a su favor tanto el gradiente eléctrico, ya que la membrana apical está parcialmente despolarizada debido a la entrada de Na + , como el gradiente químico, ya que la concentración intracelular de K + es alta en comp compar arac ación ión con con la del flui fluido do tubu tubula lar. r. Este Este meca mecani nism smo o es de hecho hecho el utilizado por las células del túbulo distal para excretar K + , lo que puede comp compro robar barse se si se util utiliz izan an fárm fármac acos os como como el amil amilori oride, de, que que inhi inhiben ben el tran transp sport orte e de Na + medi mediado ado por por ENaC ENaC.. Esto Estoss diuré diurétitico coss se denom denomin inan an �fármacos ahorradores de K + �, ya que el bloqueo de la reabsorción de Na + bloquea la excreción de K + . El efecto contrario, la excesiva excreción de K + en cond condic icio ione ness de hipe hipere rest stim imul ulac ació ión n de ENaC ENaC,, se dete detect cta a en una una enfermedad hereditaria humana, el síndrome de Liddle ( ver apartado 6 ), causado por mutaciones activadoras del canal de Na + .
III.III.- Absorción Absorción de glucosa glucosa en el túbulo proximal del riñón y en el intestino delgado. Tant Tanto o el túbu túbulo lo proxi proxima mall como como el inte intest stin ino o delg delgad ado o absor absorben ben solu soluto toss orgánicos orgánicos mediante transporte transporte acoplado al gradiente gradiente de Na + (ver Fig. 2). Un
buen buen ejem ejempl plo o es el co-t co-tra rans nspo port rte e de Na + y gluc glucos osa a medi mediad ado o por por el transportador SGLT ( S odium/ Gl ucose Co- t ransporter ). Existen tres isoformas de SGLT. Mientras que SGLT1 tiene una estequiometría Na + : glucosa de 2:1 (en cada ciclo de transporte se introducen en la célula dos iones Na + por cada molécula de glucosa), las isoformas SGLT2 y SGLT3 tienen tienen una estequi estequiome ometrí tría a de 1:1. 1:1. Por tanto, tanto, el gradien gradiente te electr electroqu oquími ímico co favorable para la entrada de Na + en la célula sirve como fuerza motriz para la acum acumul ulac ació ión n de gluc glucos osa a en la célu célulla en cont ontra de su grad gradie ient nte e de concentración. Las isoformas SGLT2 y SGLT3 constituyen transportadores de alta capacidad y de baja afinidad, participando en las fases iniciales de la reabsorción, cuando la cantidad de glucosa en el lumen es muy alta (p.e. SGLT2 se sitúa en el segmento inicial del túbulo proximal del riñón, donde se reabsorbe aproximadamente el 98% del total de glucosa transportada). Por el contrario, la isoforma SGLT1 es un transportador de baja capacidad y alta afinidad, capaz de crear un mayor gradiente en la concentración de glucosa debido a la estequiometría 1:1. Por tanto, SGLT1 participa en el proceso cuando la concentración luminal de glucosa es menor (p.e. en el segmento más más dist distal al del del túbu túbulo lo prox proxim imal al del del riñó riñón) n).. Como Como cons consec ecue uenc ncia ia de la acum acumul ulac ació ión n de gluc glucos osa a en la célu célulla en cont ontra de su grad gradie ient nte e de conc concent entrac ració ión, n, esta esta molé molécu cula la pued puede e ser ser trans transpor porta tada da de form forma a pasi pasiva va (independiente de Na + ) a través del transportador GLUT ( glu cose t ransporter ), situado en la membrana basolateral de la célula. De esta manera se produce una reabsorción neta de glucosa. A su vez, el Na + introducido en la célula con la glucosa abandona la misma a través de la Na + ,K + -ATPasa situada también en la membrana apical. Este flujo neto de Na + crea un gradiente gradiente eléctrico a través del epitelio epitelio que impulsa impulsa el transporte transporte paracelular de Cl - . Por tanto, el resultado final es la reabsorción acoplada de glucosa y NaCl.
IV.- Secreción de NaCl . Existen células secretoras en el intestino y en el epitelio de las vías aéreas pulmonares capaces de realizar una secreción neta de NaCl. Este proceso se basa en la inserción en la membrana basolateral de estas células de un cotransportador que utilizando el gradiente de Na + creado por Na + ,K + -ATPasa transporte de forma secundaria Cl - al interior celular. La molécula encargada de realizar esta función es el co-transportador de Na + , K + y Cl - ( NKCC ). El Cl - acumulado en el interior celular debido a la acción de NKCC es transportado de forma pasiva al lumen debido a la presencia de un canal de Cl - apic apical al,, norm normal alme ment nte e el cana canall CFTR . El res resulta ultado do net neto es el movimiento de carga negativa al lumen, impulsando el transporte pasivo de Na + a través de la ruta paracelular. De esta manera se produce la secreción de NaCl al lumen, aunque la actividad Na + ,K + -ATPasa bombee Na + a través de la membrana basolateral al intersticio.
V.- Movimiento de agua a través de epitelios .
Hasta ahora hemos discutido el transporte transepitelial de solutos. Desde un punto de vista fisiológico, el transporte de agua tiene también una gran impor mporttanc ancia, ia, ya que el mant antenim enimie ient nto o del volu volum men ext extrace racellular ular es fundamental para la homeostasis del organismo. En general, el agua se mueve a través de los epitelios de forma pasiva en respuesta a gradientes osmóticos. La permeabilidad de la membrana plasmática y la presencia de canales de agua, también llamados acuaporinas, asegura que el equilibrio osmó osmótitico co de las las célu célula lass con con resp respec ecto to al flui fluido do extr extrac acel elul ular ar se real realic ice e rápi rápida dame ment nte. e. En los los epit epitel elio ioss semi semipe perm rmea eabl bles es la ruta ruta para parace celu lula larr de transporte tiene también importancia en el transporte de agua. En distintos epitelios, la permeabilidad al agua ( conductividad hidráulica ) es variable, depe depend ndie iend ndo o de los los tres tres pará paráme metr tros os que que acab acabam amos os de menc mencio iona nar: r: 1) permeabilidad de la membrana, que a su vez depende de la composición lipí lipídi dica ca;; 2) pres presenc encia ia de acuap acuapori orinas nas;; 3) caract caracterí eríst stic icas as de las las unione unioness herméticas. La presencia o ausencia de acuaporinas en la membrana puede ser regulada, pudiendo variar la conductividad hidráulica de un epitelio de forma rápida en respuesta a estímulos determinados, como es el caso de la inserción de acuaporina-2 en la membrana apical de las células principales del túbulo distal en respuesta a arginina-vasopresina (ver apartado 4 ). Por otra parte, un epitelio con alta capacidad de transporte de solutos y baja perme ermeab abililiidad dad al agua agua es capa capazz de gene generrar grad gradie ient ntes es osmót smótic icos os transepiteliales de gran magnitud (ejemplo, el segmento ascendente grueso del asa de Henle del riñón). Un caso especial de transporte de agua lo constituyen los epitelios del intestino intestino delgado y del túbulo proximal del riñón. En ambos casos se detecta detecta un flujo neto de agua desde el lumen hasta el intersticio sin que exista ningún tipo de gradiente osmótico transepitelial. Se han propuesto dos explicaciones a este este fenó fenóme meno no.. En la prim primer era, a, la pres presen enci cia a de un alto alto núme número ro de acuapor acuaporina inass en las membran membranas as apical apical y basola basolater teral al provoca provocaría ría una gran permeabilidad al agua, posibilitando su flujo neto en respuesta a diferencias osmóticas mínimas no detectables experimentalmente. La segunda hipótesis explica la reabsorción de agua debido a gradientes osmóticos locales creados en la cercanía de la membrana basolateral basolateral debido a un retraso retraso en la difusión difusión de los solutos reabsorbidos por el epitelio.
4.4.- Regu Regula laci ción ón de dell tran transpo sport rtee trans transep epit itel elia iall de ione iones. s. Ejempl Ejemplos os de regulación de transportadores y sus mecanismos: a) fosforilación; b) tráfico de transportador transportadores; es; c) cambios en la abundancia del transportador; transportador; d) proteínas proteínas modificadora modificadorass de la función función de transporte. transporte. Regulación Regulación de la ruta paracelular. paracelular. Regulación debida a cambios en la concentración del soluto transportado. Existe Existe una enorme diversidad diversidad de estímulos estímulos fisiológicos fisiológicos capaces de modular el transporte transepitelial para adaptarlo a condiciones variables. En general, todos estos estímulos acaban por controlar la tasa de transporte de solutos determinados a través de canales iónicos o transportadores. Prácticamente todos los tipos de receptores y de rutas de segundos mensajeros conocidos
han han sido sido impl implic icad ados os en algú algún n proc proces eso o de modu modula laci ción ón de tran transp spor orte te transepitelial. A su vez, la activación de las rutas de señalización puede modular la tasa de transporte de solutos mediante los siguientes procesos:
I.- Regulación de la actividad de las proteínas de transporte . La acti activi vida dad d de los los tran transp spor orta tado dore ress o cana canale less impl implic icad ados os en el fluj flujo o transe transepit piteli elial al de iones iones puede puede ser regulad regulado o median mediante te modifi modificac cacione ioness postposttraduccionales. La más común de estas modificaciones es la fosforilación de proteínas. Un ejemplo muy conocido es el del canal de Cl- CFTR ( C ystic C ystic F F ibrosis T ransmembrane T ransmembrane Conductance R egulator R egulator ). El aumento en los niveles intracelulares de adenosín monofosfato cíclico (AMPc) provoca la activación de protein kinasa A, que a su vez fosforila diversos residuos de serina y treonina del canal CFTR, provocando un aumento en su actividad (ver más adelante, apartado 5 ) y por tanto en la secreción apical de Cl - , un proceso importante en la secreción intestinal y pulmonar.
II.- Regulación de la abundancia de las proteínas de transporte en la membrana celular. La abund abundan anci cia a de un trans transpor porta tador dor en la memb membran rana a plasm plasmát átic ica a pued puede e cont control rolars arse e alma almacen cenan ando do trans transpor porta tador dores es en vesí vesícu culas las intr intrace acelul lulare aress e insertándolos en la membrana en respuesta a determinados estímulos. Dos ejem ejempl plos os clási clásico coss de esta esta modal modalid idad ad de regul regulaci ación ón los los propo proporc rcio iona nan n la acuaporina-2 (AQP-2) y la bomba de protones gástrica (H + ,K + -ATPasa). La AQP-2 es un canal de agua que en las células principales del túbulo distal del riñón se encuentra encuentra normalmente normalmente almacenado en vesículas vesículas intracelular intracelulares. es. En respuesta al estímulo de la hormona antidiurética, ADH (también conocida como como argini arginina-v na-vaso asopres presina, ina, AVP), AVP), las vesícu vesículas las que contien contienen en AQP-2 AQP-2 se fusionan con la membrana apical, permitiendo que este canal aumente la permeabilidad del túbulo al agua. En el segundo ejemplo, la histamina hace que las vesículas tubulares tubulares que contienen la H + ,K + -ATPasa en las células pari pariet etal ales es gást gástric ricas as se fusi fusion onen en con con la memb membran rana a apic apical al,, inic inicia iando ndo la secreción gástrica de ácido clorhídrico.
III.- Regulación de la abundancia de las proteínas de transporte en la célula. Una posibilidad obvia para modular la tasa de transporte de un soluto es modificar la cantidad total de su transportador en la célula. Para ello se puede modificar la tasa de síntesis, la de degradación o ambas simultáneamente. Un ejemplo clásico de este tipo de regulación es la acción de la hormona esteroidea aldosterona sobr sobre e los tran transp spor orta tado dorres impl mplicad icados os en la reabsorción de Na + en epitelios como el del túbulo distal renal o el del colon, el canal epitelial de sodio (ENaC) en la membrana apical y la bomba de sodio (Na,K-A (Na,K-ATPa TPasa) sa) en la membran membrana a basolat basolateral eral.. El recepto receptorr de aldost aldosteron erona, a, conocido como receptor de mineralocorticoides (la aldosterona es el principal
mine minera ralo loco cort rtic icoi oide de fisi fisiol ológ ógic ico) o),, es un fact factor or de tran transc scri ripc pció ión n que que en condiciones de reposo reside en el citoplasma. Una vez estimulado por la unión de aldosterona, el receptor viaja al núcleo celular, donde aumenta la transcripción de genes implicados en la reabsorción de Na + , como los relacionados con los mecanismos señalados anteriormente.
IV.- Regulación de la actividad de un transportador por asociación de proteínas reguladoras. Una estrategia de regulación menos común es la asociación física del canal o transportador con otra proteína con efecto modulador de la actividad de transporte. Un buen ejemplo de este tipo de regulación es del de la unión de la isoforma 3 del intercambiador de Na + y H + (NHE3) con proteínas de la familia NHERF ( Na + -H + E xchanger xchanger R egulatory R egulatory F actor F actor ). Actualmente se conocen cuatro proteínas NHERF, todas ellas presentes en los bordes en cepillo de los epitelios del intestino, colon y túbulo proximal del riñón. La unión de las proteínas NHERF con complejos multiproteicos que incluyen a NHE3 es altamente dinámica y regulada por distintos estímulos. Las consecuencias funcionales de la unión de las proteínas NHERF a NHE3 son diversas y no todas bien estudiadas. Quizá el ejemplo mejor conocido es el de NHERF2, cuya unión a NHE3 resulta imprescindible para la inhibición de la actividad de transporte de NaCl en el intestino delgado debida a un aumento en los niveles de GMPc intracelular. intracelular. Al parecer, parecer, el mecanismo mecanismo molecular de la inhibición inhibición se basa en el papel de NHERF2 como proteína adaptadora que facilita la unión de una protein kinasa dependiente de GMPc (cGKII) a NHE3, que resulta fosforilado. Además de la regulación de la actividad de canales y transportadores, exis existe ten n dos dos pará paráme metr tros os que que tien tienen en impo import rtan ante tess efec efecto toss en la tasa tasa de tran transp spor orte te tran transe sepi pite telilial al de solu soluto tos. s. El prim primer ero o es el cambio en la permeabilidad de la ruta paracelular . El movimiento pasivo de solutos a través de las tight junctions puede contribuir tanto al movimiento neto de un soluto como a su recirculación. Si la permeabilidad del epitelio cambia, el transporte transporte neto del soluto puede ser regulado. regulado. Por ejemplo, ejemplo, la permeabilida permeabilidad d paracelular a Na + en el túbulo proximal del riñón aumenta cuando hay un incre increme ment nto o en el volum volumen en extrac extracel elul ular. ar. Esto Esto cont contrib ribuy uye e a dism disminu inuir ir la reabsorción de Na + , y por consiguiente la de agua, dado que aumenta la recirculación del Na + reabsorbido de forma transcelular, que vuelve al lumen del túbulo por la ruta paracelular.
conc ncen entr traci ación ón lumi lumina nall de dell solut soluto o transpo Por Por últi últim mo, la co transporta rtado do es fundamental para determinar la tasa de transporte transepitelial. Un ejemplo importante importante es el de la reabsorción reabsorción de glucosa en el túbulo túbulo proximal del riñón. El proces proceso o de reabs reabsorc orció ión n de gluc glucos osa a hace hace que que su conce concent ntra raci ción ón vaya vaya dism dismin inuy uyend endo o según según se avanz avanza a a lo larg largo o del del túbu túbulo lo,, provo provocan cando do una disminución en la tasa de transporte. Si se aumenta la tasa de filtración
aumenta la concentración de glucosa en los segmentos del túbulo encargados de su reabsorción y por tanto aumenta la tasa de dicha reabsorción.
5.- Cólera y fibrosis quística: el papel del canal de Cl - CFTR ( cystic fibrosis fibrosis conductance conductance regulator regulator ) en secr secrec eció ión; n; regu regula laci ción ón de CFTR CFTR.. Consecu Consecuenc encias ias fisiol fisiológi ógicas cas de la ausenci ausenciaa de CFTR. CFTR. Consecu Consecuenci encias as fisiológicas de un exceso de función de CFTR. CFTR ( C ystic F ibrosis T ransmembrane conductance R egulator ) es un canal de Cl - activado por adenosín monofosfato cíclico (cAMP) presente en la membrana apical de muchas células epiteliales. CFTR es una diana muy impo import rtant ante e de agent agentes es neuro neurohum humor oral ales es que que cont control rolan an la secr secreci eción ón de electrolitos y fluido en distintos epitelios, incluyendo el del pulmón, conductos del páncreas e intestino delgado (ver apartado 4 ). El clonaje de la secuencia codificante codificante de este canal se produjo a raíz de la identificac identificación ión de mutaciones mutaciones fibrosis quística quística . CFTR es una en este este gen gen como como caus causan ante tess de la fibrosis glicoproteína de membrana de 170 kDa que funciona como un canal de Cl de baja conductancia. CFTR posee dos dominios transmembrana, con seis segmentos segmentos transmembrana transmembrana cada uno, y dos dominios de unión a núcleotidos núcleotidos (NBD1 y NBD2). La presencia de estos dominios de unión a núcleotidos hace que CFTR se encuadre encuadre en la superfamilia superfamilia de proteínas ABC ( A TP- b inding c assette c assette ). Hacia la mitad mitad de la molécula se encuentra además además un gran lazo intracelular denominado dominio R (por R egulador). La regulación de la actividad de CFTR como canal de Cl - se lleva a cabo fundamentalmente por ATP. La activación de protein kinasa A debida a un aumento en los niveles intracelulares de cAMP resulta en la fosforilación de distintos residuos del dominio R de CFTR. La fosforilación inicial de algunos de estos residuos prov provoc oca a un camb cambio io de conf confor orma maci ción ón en el domi domini nio o NBD1 NBD1 que que lo hace hace accesible a la unión de ATP y su consiguiente hidrólisis, lo que provoca una breve apertura del canal. Si la fosforilación de residuos en el dominio R pros prosig igue, ue, se produ produce ce un cambi cambio o conf conform ormac acion ional al en NBD2 NBD2,, haci hacién éndol dolo o tamb tambié ién n acce accesi sibl ble e a ATP. ATP. La unió unión n de una una molé molécu cula la de ATP ATP a NBD2 NBD2 estabiliza el canal en su forma abierta, haciendo que conduzca Cl - desde el citoplasma hacia el lado luminal del epitelio. La hidrólisis del ATP en NBD2 hace que el canal se cierre, aunque la unión de una nueva molécula de ATP provoca una nueva apertura. Para que CFTR vuelva a su estado de reposo es nece necesar sario io que que los resid residuos uos del del domin dominio io R sean sean defo defosf sfori orila lados dos,, con con el consiguiente cambio de conformación de los dominios NBD, que vuelven a ser inaccesibles a ATP. La mayor parte de las mutaciones causantes de la fibrosis quística resultan en la prod produc ucci ción ón de moléc olécul ulas as de CFTR CFTR que que adop adopttan est estruct ructur uras as tridimensio tridimensionales nales anormales tras ser sintetizad sintetizadas as en el retículo retículo endoplásmico. endoplásmico. El sist sistem ema a de cont control rol de cali calidad dad exis existe tent nte e en el retíc retícul ulo o endo endopl plásm ásmic ico o reconoce estas moléculas como defectuosas y hace que sean degradadas por la ruta del proteasoma, en un proceso dependiente de ubiquitina. Por tant tanto, o, las las molé molécu cula lass de CFTR CFTR muta mutant nte e nunc nunca a lleg llegan an a la memb membra rana na
plasm lasmát átic ica, a, elim elimin inán ándo dose se la cond conduc ucttanci ancia a apic apical al de Cl - . Est Esto es part partic icul ular arme ment nte e impo import rtan ante te en el pánc páncre reas as,, dond donde e la ause ausenc ncia ia de la conductancia apical de Cl - produce un déficit en la secreción de HCO 3 - y de agua agua.. El resul resulta tado do es la produ producc cción ión de secr secreci ecion ones es densa densass y ricas ricas en prot proteí eína nass que que llev llevan an a la obst obstru rucc cció ión n de los los cond conduc ucto toss panc pancre reát átic icos os,, produciendo la acumulación de tejido fibrótico y graso que reemplaza al parénquima del páncreas, produciendo la destrucción del órgano. El déficit en la secreción de enzimas pancreáticas provoca una mala digestión de los alimentos, con la consiguiente malnutrición. Actualmente los pacientes con fibrosis quística reciben un tratamiento oral con enzimas que reemplazan la función de las secretadas por el páncreas, solucionando en su mayor parte los problemas nutricionales. Actualmente la causa de la elevada morbilidad y mortalidad de la fibrosis quística es la progresión de la enfermedad pulmonar asociada a la enfermedad. La destrucción del tejido pulmonar observada en estos pacientes se debe a una tasa elevada de infecciones, acompañadas de procesos inflamatorios. La relación mecanística entre la actividad deficiente de CFTR y el aumento en los procesos infecciosos en el pulmón ha sido objeto de intenso debate en este campo, con dos teorías que intentan explicar la aparic aparición ión de los síntom síntomas. as. La primera primera,, actual actualmen mente te desacre desacredit ditada ada por muchos autores, propone que la deficiencia en CFTR provoca un desequilibrio iónico en el fluido que recubre las vías aéreas (paradójicamente, produce un aumento en la concentración de NaCl), lo que inactiva la acción bactericida de moléculas secretadas por el propio epitelio, que forman parte de mecanismos de inmunidad innata en el pulmón. La segunda teoría, que actualmente es más aceptada, propone que el epitelio pulmonar es capaz de secretar fluido en un proces proceso o depen dependi dien ente te de CFTR CFTR y de reabso reabsorbe rberl rlo o en un proce proceso so dependiente del canal epitelial de sodio (ENaC). La pérdida de la actividad CFTR CFTR prod produc uce e un dese desequ quililib ibri rio o entr entre e la secr secrec eció ión n y la reab reabso sorc rció ión, n, promoviendo esta última y provocando la deposición de una gruesa capa de moco en la superficie del epitelio. Esta densa capa de moco inhibe la acción de los los cili cilios os del del epit epiteli elio o para para retir retirar ar cuerp cuerpos os extrañ extraños os de la supe superf rfic icie, ie, incrementando la tasa de infección bacteriana. Las consecuencias patológicas de la situación contraria a la de la fibrosis quís quístitica ca,, esto esto es, de un aume aument nto o en la acti activi vidad dad de CFTR CFTR,, está están n bien bien ejempl ejemplifi ificad cadas as por una enferme enfermedad dad infecci infecciosa osa diarrei diarreica, ca, el cólera . Esta enfermedad está causada por una toxina secretada por la bacteria Vibrio cholerae . Esta toxina es un oligómero de una subunidad A catalítica y cinco subunidades B que posibilitan la entrada de la toxina en las células epiteliales del intestino. Una vez dentro de las células, la subunidad A es procesada proteolíticamente, produciendo un péptido activo (fragmento A1), que cataliza la ribo ribosi sila laci ción ón con con ADP ADP de la prot proteí eína na G a s , inhi inhibi bien endo do su acti activi vida dad d guanos guanosina ina trifos trifosfat fatasa asa (GTPas (GTPasa). a). Como Como consecu consecuenci encia, a, la proteín proteína a G a s permanece en un estado activo permanente, estimulando la producción de cAMP por la adenilato ciclasa y por consiguiente la activación de CFTR. El aumento en la conductancia de Cl - en la membrana apical de las células epiteliales del intestino produce un aumento en la secreción de este ión y en
paralelo un aumento en la secreción de agua. Esto provoca lo que se conoce como una diarrea secretora (opuesta a una diarrea osmótica como la causada por la malabsorción de lactosa). Como la alteración alteración causada por la toxina del cólera no afecta a los procesos de transporte de nutrientes acoplados a Na + , el tratamiento más efectivo para estos pacientes es la administración de solu soluci cione oness de rehid rehidrat ratac ació ión n oral orales es con con gluco glucosa sa y Na + , revi revirt rtie iendo ndo la desh deshid idra rata taci ción ón y la acid acidos osis is meta metabó bólilica ca,, que que son son las las cons consec ecue uenc ncia iass patológicas más importantes de la diarrea secretora.
6.- Desórdenes en la regulación de transportadores: el síndrome de Liddle. Papel del canal epitelial de sodio (ENaC) en la reabsorción de Na + y secreción de K + en el túbulo colector renal. Regulación de la función de las las célu célula lass prin princi cipa pale less de dell túbu túbulo lo co cole lect ctor or rena renal: l: pa pape pell de la aldosterona. Consecuencias fisiológicas de un exceso de actividad de ENaC La mayor parte de la reabsorción renal del sodio filtrado en el glomérulo se real realiz iza a en el túbu túbulo lo proxi proxima mal.l. Esta Esta reabs reabsorc orció ión n es const constititut utiv iva a y result resulta a fundamental para el mantenimiento de la homeostasis. Por el contrario, la reabsorción de sodio en el túbulo distal es cuantitativamente mucho menor, pero de gran importancia para el ajuste de la excreción de sodio con respecto a la ingesta ingesta en la dieta. En el túbulo túbulo distal el paso limitante limitante de la reabsorción reabsorción pithelial Na + C hannel, C hannel, de sodio lo constituye el canal epitelial de sodio ( E pithelial ENaC), situado en la membrana apical de las células principales. A su vez, la reabsorción de sodio se encuentra acoplada a la excreción de potasio en las mismas células, ya que el transporte de este último ión a través del canal de potasio ROMK ( R enal R enal O O uter uter M M edulla edulla K + K + channel ) depende del gradiente eléctrico establecido en la membrana apical gracias al transporte de sodio. Debido a la importancia fisiológica de ENaC, la actividad de este canal está estrechamente regulada por multitud de estímulos, siendo el principal de ellos la hormona mineralocort mineralocorticoide icoide aldosterona . La confi confirma rmaci ción ón del del pape papell fundamental de ENaC en la homeostasis del sodio y por tanto en la regulación del volumen extracelular extracelular proviene proviene del descubrimiento descubrimiento de las bases genéticas genéticas de una una tubu tubulo lopat patía ía hered heredititar aria ia muy muy poco poco frec frecuen uente te en la pobl poblac ació ión, n, el Síndrome de Liddle . Este síndrome se caracteriza por una hipertensión grave, un exceso de reabsorción de sodio y un exceso en la excreción de potasio remediable por amiloride, un diurético que inhibe ENaC de forma alta altame ment nte e espe especí cífifica. ca. El estud estudio io de una fami famililia a con Síndr Síndrom ome e de Liddle Liddle permitió la identificación de una mutación dominante en el extremo carboxilo de la subu subuni nida dad d beta beta de ENaC ENaC que que se asoc asocia iaba ba a la apar aparic ició ión n de la enfermedad. Posteriormente, se identificaron otras mutaciones, casi todas ellas en los extremos carboxilo de las subunidades beta y gamma. El estudio funcional de las proteínas mutantes expresados en células en cultivo o en ovocitos de Xenopus laevis demostró que los canales que se formaban pose poseía ían n un exces exceso o de activ activid idad ad de trans transpo port rte e de sodi sodio. o. Esta Esta activ activid idad ad aumentada se debe a que existe un mayor número de canales activos en la membrana membrana plasmática, ya que las mutaciones mutaciones responsables del Síndrome de
Liddle bloquean la endocitosis de ENaC. Dado que la síntesis de canales y su tráfico hasta la membrana son normales, el efecto de la mutación es producir una acumulación acumulación excesiva de canales canales en la membrana. Esto a su vez genera un exceso de reabsorción de sodio en los pacientes, que se acopla a un exce exceso so de rete retenc nció ión n de agua agua y por por tant tanto o un aume aument nto o en el volu volume men n extracelular, lo que provoca una hipertensión severa. La despolarización de la membrana apical debido al exceso de actividad de ENaC (ver Fig. 1) genera un gradie gradiente nte electr electroqu oquími ímico co más favorab favorable le para la excreci excreción ón de potasi potasio, o, provocando la característica hipopotasemia de los pacientes con Síndrome de Liddle. El mecanismo molecular por el cual las mutaciones causantes de este Síndrome provocan la disminución en la endocitosis del canal es aún objeto de controversia. Las mutaciones afectan en general a una zona rica en prolinas y tirosinas denomina dominio PY. Se ha demostrado que esta región de la proteína es la responsable de la endocitosis del canal mediada por clat clatri rina na.. Vari Varios os auto autore ress han han prop propue uest sto o adem además ás que que este este domi domini nio o PY cons constititu tuye ye la unión unión de una una prote proteín ína a denom denomin inad ada a Nedd Nedd4, 4, una una liga ligasa sa de ubiquitina que en condiciones normales se uniría al canal produciendo su ubiquitinación, que a su vez serviría como señal de endocitosis. Cuando el dominio PY está mutado Nedd4 no lo reconoce y por tanto el canal no se ubiquitina, estando ausente la señal necesaria para la endocitosis mediada por clatrina. Como se ha mencionado en el párrafo anterior, el principal regulador de la actividad de ENaC es la hormona aldosterona. La aldosterona se sintetiza en al zona glomerular de la glándula adrenal en respuesta a la angiotensina II, producto de la activación del eje renina-angiotensia debida a una disminución en el volumen circulante efectivo, y al aumento de los niveles de K + en plas plasma ma.. Una Una vez vez secr secret etad ada a la aldo aldost ster eron ona a lleg llega a a sus sus teji tejido doss dian diana, a, princi principal palmen mente te el epitel epitelio io del túbulo túbulo distal distal del riñón. riñón. Dada Dada su natural naturaleza eza esteroidea, la aldosterona difunde a través de la membrana plasmática y se une une al recep recepto torr de miner mineral aloco ocort rtic icoi oides des,, un fact factor or de trans transcri cripc pció ión n de la superfamilia de receptores de hormonas esteroideas y tiroideas. Se sabe hace tiempo que este receptor, una vez activado, modula la expresión de genes implicados en la reabsorción de sodio. Si bien se suponía que estos genes podían ser directamente los que forman las subunidades de ENaC, tras la identificación molecular de este canal se comprobó que la regulación no es directa. Se propuso entonces que el receptor de mineralocorticoides modula la expresión de otros genes que a su vez regulan la actividad de ENaC. La búsq búsque ueda da de esto estoss genes genes ha sido sido inte intensa nsa y se han prop propues uesto to algu alguno noss candidatos, candidatos, como la quinasa quinasa dependiente dependiente de suero y glucocorticoi glucocorticoides des (SGK). No obstante, la importancia de estos genes para la acción de la aldosterona in vivo sigue siendo objeto de debate.
7.- Desórdenes en el tráfico de transportadores: Diabetes insipidus nefrogénica. Regulación del transporte de agua en el túbulo colector del riñón: riñón: contro controll fisiol fisiológi ógico co por vasopre vasopresin sina. a. Regula Regulació ción n del tráfico tráfico de
acuapo acuaporin rinaa 2 (AQP-2) (AQP-2).. Consecu Consecuenci encias as fisioló fisiológic gicas as de la ausenci ausenciaa de actividad AQP-2. Las células principales del túbulo distal del riñón poseen, además de la reabsorción de sodio y la excreción de potasio, otra importante función, que es la reabsorción de agua. Este transporte se realiza de forma transcelular gracias a la actividad de la acuaporina 2 ( AQP-2 ) en la membrana apical de las células principales y a la actividad de AQP-3 y AQP-4 en la membrana basolateral. En condiciones normales las moléculas de AQP-2 permanecen secuestradas en vesículas intracelulares. Es necesario un estímulo, que en condiciones fisiológicas es principalmente la unión de la hormona vasopresina a su receptor de tipo V2 (V2R) en las células principales, para que las vesículas portadoras de AQP-2 se fusionen de forma selectiva a la membrana apical y comiencen el transporte transcelular de agua. Existen mutaciones en humanos asociadas a la aparición de diabetes insípida (no confundir con diabetes diabetes mellitus , que que es una una enfe enferm rmed edad ad tota totalm lment ente e dife diferen rente te)) y que que producen un defecto en la actividad de AQP-2. La diabetes insípida es una enfermedad poco común que puede ser neurogénica (debido a un fallo en la secr secreci eción ón de vasop vasopres resin ina) a) o nefr nefrog ogéni énica ca (resp (respues uesta ta inade inadecu cuada ada de los los riñones a la vasopresina circulante). La enfermedad se caracteriza por poliuria (exceso de producción de orina) y polidipsia (consumo excesivo de agua), lo que históricamente contribuyó a su clasificación conjunta con la diabetes mellitus. Si la enfermedad no se controla adecuadamente, desemboca en una hipernatremia muy acusada, hipotensión y shock. Los pacientes producen gran cantidad de orina muy diluida debido a la baja actividad de AQP-2. Esto puede ser originado por defectos en la síntesis de arginina-vasopresina (en el caso de la diabetes insípida neurogénica ) o por defectos en la activación a través de los receptores de vasopresina vasopresina tipo V2 o en el tráfico de AQP-2 a la membrana membrana plasmática plasmática ( diabetes insípida nefrogénica ). La identificación y caract caracteriz erizaci ación ón molecul molecular ar de las mutaci mutaciones ones recesiv recesivas as de AQP-2 AQP-2 y V2R responsables de la mayor parte de los casos de diabetes insípida nefrogénica ha puesto de manifiesto que los aminoácidos afectados en general causan un plegam plegamient iento o defect defectuos uoso o de estas estas proteín proteínas as y su retenc retención ión en el retícul retículo o endoplásmico endoplásmico.. Algunas Algunas mutaciones mutaciones permiten la salida salida de AQP-2 del retículo, retículo, pero provocan su retención en el aparato de Golgi. Existe otro grupo de mutaciones en AQP-2 que causan diabetes insípida de forma dominante. Estas mutaciones afectan a sitios de fosforilación del canal implicados en el cont control rol del tráf tráfic ico o del del mism mismo o a la memb membra rana na plasm plasmát átic ica. a. Esto Estoss canal canales es mutantes son capaces de unirse a canales normales, impidiendo su tráfico normal, lo que explicaría el carácter dominante de dichas mutaciones.
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