WNK1如何作为渗透压感受器发挥作用?——机制及结构-功能研究

文摘   健康   2024-12-17 18:24   北京  


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编者按

在2024年美国肾脏病学会(ASN)年会—美国肾脏周(Kidney Week 2024)上,来自美国爱荷华大学医疗保健中心的研究团队报告了一项关于WNK1作为渗透压感受器发挥作用的机制及结构-功能研究成果(TH-OR61)。该研究深入探讨了WNK1如何通过特定机制激活Kv3.1通道进而调节抗利尿激素(AVP)的释放,以及C-端内在无序区(IDR)在此过程中的作用。


美国爱荷华大学医疗保健中心Xin Jin分享研究成果


脑室周围器(CVO)缺乏完整血脑屏障的结构。CVO神经元能够检测到血清的高渗状态,从而刺激精氨酸加压素(AVP)的产生和释放。Chou-Long Huang等最近报道,CVO神经元中的WNK1能够感知高渗状态并激活Kv3.1通道,增加动作电位,进而增加AVP的释放。Boyd-Shiwarski等人则报道,WNK1在细胞脱水过程中会形成凝聚物(condensates),并激活NKCC1以恢复细胞体积。C端内在无序区(Intrinsically disordered region, IDR)对于凝聚物的形成至关重要。本研究旨在探讨OSR1/SPAK在WNK1激活Kv3.1中的作用,以及IDR在这一激活过程中的作用。


研究团队通过立体定向注射携带Cre重组酶的AAV病毒至Spak-null和Osr1-floxed小鼠的CVO区域,构建了CVO中SPAK和OSR1基因敲除小鼠模型。随后,通过代谢笼研究评估了这些小鼠的水稳态,并测定AVP水平。同时,在表达了重组WNK1(或其突变体)、SPAK和Kv3.1的HEK细胞中研究Kv3.1电流的变化。此外,还通过Western blot检测了WNK1的生物化学激酶活性。




研究发现



高渗环境可使小鼠CVO中p-OSR1/SPAK的水平升高。CVO中OSR1/SPAK缺失的小鼠表现出多尿和尿渗透压降低的症状,即使在限水状态下也持续存在,表明出现了尿崩症。

与对照组相比,限水的OSR/SPAK缺失小鼠的循环AVP和copeptin水平较低。

在采用全细胞记录方法且电极内液(即细胞内液)含有20 mM氯化物的情况下,将表达全长WNK1、SPAK和Kv3.1的HEK细胞暴露于生理性细胞外高渗溶液(含5 mM氯化钠,简称“HTS”)中,观察到Kv3.1电流增加。

当电极内液(即细胞内液)中的氯离子浓度增加到100 mM时,HTS对Kv3.1的激活作用被减弱。重要的是,仅表达WNK1激酶域(氨基酸1-491)、SPAK和Kv3.1的细胞也能对HTS产生反应。此外,HTS还诱导了WNK1(1-491)的自磷酸化。

研究得出结论,CVO神经元中的WNK1介导的渗透压感受涉及通过SPAK/OSR1激活Kv3.1。WNK1激酶域可以独立于其C端IDR区域检测细胞外高渗状态。这些结果支持了结构数据,即WNK激酶域空腔内的水和氯离子对激酶活性具有负调控作用。IDR如何与激酶域协调以调节下游效应分子,有待未来研究揭示。

结语

研究深化了我们对WNK1作为渗透压感受器在体液平衡调节中作用的理解,还为未来探索渗透压感受机制及其相关疾病的治疗提供了新的视角和思路。期待未来能有更多研究揭示WNK1及其相关分子的复杂调控网络,为临床治疗和药物研发提供理论依据。




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(来源:《肾医线》编辑部)


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