Akwaporyna 4 - Aquaporin 4

Drugorzędowe (A), trzeciorzędowe (B) i czwartorzędowe (C) wizerunki kanału akwaporyny
AQP4
PDB 2d57 EBI.png
Dostępne konstrukcje
WPB Wyszukiwanie ortologów : PDBe RCSB
Identyfikatory
Skróty AQP4 , akwaporyna 4, HMIWC2, MIWC, WCH4
Identyfikatory zewnętrzne OMIM : 600308 MGI : 107387 HomoloGene : 37507 GeneCards : AQP4
Ortologi
Gatunek Człowiek Mysz
Entrez
Zespół
UniProt
RefSeq (mRNA)
RefSeq (białko)
Lokalizacja (UCSC) Chr 18: 26,85 – 26,87 Mb Chr 18: 15.39 – 15.41 Mb
Wyszukiwanie w PubMed
Wikidane
Wyświetl/edytuj człowieka Wyświetl/edytuj mysz

Akwaporyna-4, znana również jako AQP4, to białko kanału wodnego kodowane przez gen AQP4 u ludzi. AQP4 należy do rodziny akwaporyn integralnych białek błonowych przewodzących wodę przez błonę komórkową . Ograniczona liczba akwaporyn znajduje się w ośrodkowym układzie nerwowym (OUN): AQP1, 3, 4, 5, 8, 9 i 11, ale bardziej ekskluzywna reprezentacja AQP1, 4 i 9 znajduje się w mózgu i rdzeniu kręgowym . AQP4 wykazuje największą obecność w istocie szarej móżdżku i rdzenia kręgowego. W ośrodkowym układzie nerwowym AQP4 jest najbardziej rozpowszechnionym kanałem akwaporyny, zlokalizowanym w wyrostkach okołomikronaczyniowych stopy astrocytów , gleju granicznym i wyściółczaku. Ponadto kanał ten jest powszechnie uważany za ułatwiający przepływ wody w pobliżu płynu mózgowo-rdzeniowego i układu naczyniowego.

Akwaporynę-4 po raz pierwszy zidentyfikowano w 1986 roku. Był to pierwszy dowód na istnienie kanałów transportu wody. Metoda użyta do odkrycia istnienia kanałów transportowych polegała na eksperymentach z nokautem. Dzięki tej technice byli w stanie wykazać znaczącą rolę AQP4 w urazach OUN i zaburzeniach równowagi wody w mózgu. W 1994 r. kanał został pomyślnie sklonowany i początkowo nazwany niewrażliwym na rtęć kanałem wodnym.

Struktura

Struktura AQP4 składa się z sześciu domen transbłonowych i pięciu pętli łączących tworzących kanał. Dzięki krystalografii rentgenowskiej stwierdzono, że „każdy monomer AQP4 składa się z sześciu spiralnych domen obejmujących błonę i dwóch krótkich spiralnych segmentów otaczających wąski wodny por”. W najwęższym miejscu por wodny mierzy 2,8 angstremów , akurat wystarczająco duży, aby umożliwić jednoliniowy przepływ cząsteczek wody. Podczas gdy każdy monomer jest indywidualnie zdolny do transportu wody, czwartorzędowa struktura kanału jest tetramerem . Składanie monomerów AQP4 w tetramery jest podobne do innych kanałów akwaporyn. Ponadto AQP4 ma dwie odrębne izoformy strukturalne zlokalizowane w OUN: M1 i M23. Oba tworzą homo- i heterotetramery przepuszczające wodę. Izoformy M23 są większymi kwadratowymi macierzami w błonach śródstopia astrocytów w porównaniu z izoformami M1, które są mniejsze i bardziej niestabilne. Tetramery akwaporyny-4 gromadzą się, aby przekształcić się w ortogonalne układy cząstek (OAP) w błonie komórkowej komórki.

Dystrybucja tkankowa i komórkowa

Akwaporyna-4 jest najczęstszą akwaporyną w mózgu, rdzeniu kręgowym i nerwie wzrokowym. Jest wysoce eksprymowany w ludzkim ciele, głównie w końcowych nogach astrocytów . Dodatkowo, AQP4 może również znajdować się w komórkach nabłonkowych wielu narządów w całym ludzkim ciele, takich jak nerki, jelita, gruczoły ślinowe, narządy zmysłów i mięśnie szkieletowe. W tych szczególnych przypadkach ekspresji komórek nabłonkowych, AQP4 jest skoncentrowany w warstwie podstawno- bocznej błony tych lokalizacji.

Ponadto AQP4 odgrywa również rolę w komórkach pomocniczych narządów zmysłów, takich jak siatkówka, ucho wewnętrzne i nabłonek węchowy. W siatkówce AQP4 jest silnie skoncentrowany, gdzie procesy komórek Mullera mają blaszkę podstawną wokół naczyń krwionośnych i wewnętrzną błonę ograniczającą oraz w mniejszym stopniu w wewnętrznej i zewnętrznej warstwie splotowatej.

AQP4 jest również wyrażany w astrocytach i jest podwyższony przez bezpośrednie uszkodzenie ośrodkowego układu nerwowego . W szczególności w ośrodkowym układzie nerwowym (OUN), AQP4 można znaleźć wzdłuż rdzenia kręgowego i służy jako główny kanał wodny. Kanały AQP4 są silnie skoncentrowane w barierze krew-mózg (BBB), a także w innych barierach płynu mózgowo-rdzeniowego.

W nerkach, AQP4 znajduje się głównie w rdzeniu wewnętrznym i wykazuje niewielką lub żadną obecność w rdzeniu zewnętrznym i korze. Jest konstytutywnie wyrażany w podstawno - bocznej błonie komórkowej głównych komórek przewodu zbiorczego i zapewnia drogę do wyjścia wody z tych komórek.

Funkcjonować

Ogólną funkcją Aquaporin-4 jest zapewnienie szybkiego transportu wody, a także utrzymanie równowagi homeostatycznej w obrębie ośrodkowego układu nerwowego. Ten kanał może transportować wodę z prędkością cząsteczek 3E9 na sekundę. Jest to główne białko kanału wodnego, które godzi homeostazę wody w OUN. AQP4 może brać udział w różnych procesach fizjologicznych, takich jak usuwanie odpadów ( układ glimfatyczny ) i dostrajanie homeostazy potasu. AQP4 wspomaga przepływ wody do i z mózgu lub rdzenia kręgowego. Tutaj kanały AQP4 reagują pasywnie na gradienty osmotyczne. Ponadto odgrywają rolę w transporcie wody w mózgu, migracji komórek, obrzęku mózgu, metabolizmie i homeostazie komórek.

Inne systemy są również regulowane przez AQP4. W obrębie ucha wewnętrznego główną rolą jest zapewnienie równowagi osmotycznej we wspieraniu komórek nabłonka w narządzie Corti poprzez recykling K + . Inną konkretną rolą, jaką odgrywa AQP4 jest pomoc cząsteczkom substancji zapachowych w wiązaniu się z docelowymi receptorami i wiązaniu białek w nabłonku węchowym. W siatkówce rolą AQP-4 jest utrzymanie homeostazy. Akwaporyna-4 jest niezbędna w tworzeniu pamięci oraz plastyczności synaptycznej . Inne działania, w które zaangażowana jest akwaporyna-4, to plastyczność synaptyczna, migracja astrocytów, regulacja objętości przestrzeni zewnątrzkomórkowej i homeostaza potasu.

Znaczenie kliniczne

Stan znany jako neuromyelitis optica , NMO, jest rzadkim demielinizacyjnym, zapalnym zaburzeniem ośrodkowego układu nerwowego, które atakuje przede wszystkim nerwy wzrokowe i rdzeń kręgowy. Akwaporyna-4 jest głównym celem autoimmunologicznym w 2/3 zapalenia nerwu wzrokowego, a wyższe poziomy autoprzeciwciał AQP4 są związane z występowaniem zapalenia nerwu wzrokowego (ON). Swoiste autoprzeciwciało IgG AQP4 lub NMO-IgG wiąże się z zewnątrzkomórkową powierzchnią AQP4. Wiązanie to otwiera drogę do rozwoju terapii celowanych w NMO. Opcje terapeutyczne to immunosupresja , taka jak kortykosteroidy i leki immunosupresyjne azatiopryna , immunomodulacja i wymiana osocza. Niedawne przeciwciało w surowicy (anty-AQP4) zostało wykryte u pacjentów z NMO, które jest obecnie używane do diagnozowania tego stanu.

Innymi istotnymi klinicznie implikacjami AQP4 w organizmie człowieka jest rola w regulacji płynu mózgowo-rdzeniowego (CSF) w komorach . W komorach mózgu AQP4 może być wykorzystany do usuwania nadmiaru płynu mózgowo-rdzeniowego w stanach takich jak wodogłowie . Podstawowym leczeniem osób z wodogłowiem jest wprowadzenie mechanicznych przetok do komór w celu odprowadzenia nadmiaru płynu. Dalsze badania nad rolą AQP4 umożliwią modyfikację systemu regulacji w górę tych kanałów w organizmie człowieka, aby pomóc w resorpcji płynu mózgowo-rdzeniowego bez konieczności stosowania fizycznie inwazyjnych metod leczenia.

Badania

Na podstawie prac na modelach zwierzęcych, akwaporyna-4 może odgrywać rolę w kilku innych chorobach, w tym chorobie Alzheimera , stwardnieniu zanikowym bocznym , chorobie Parkinsona , stwardnieniu rozsianym i epilepsji i wydaje się odgrywać rolę w patologicznej odpowiedzi na urazowe uszkodzenie mózgu i udar. .

W modelach gryzoni wydaje się, że AQP4 odgrywa rolę zarówno w rozwoju, jak i ustępowaniu obrzęku mózgu, który pojawia się po urazie, takim jak TBI lub udar i wokół guzów mózgu. W porównaniu z myszami typu dzikiego, myszy z podwójnym nokautem wykazywały różne przebiegi chorób po uszkodzeniu mózgu. Wskazał zmniejszenie ciśnienia śródczaszkowego, śmierć komórek, gromadzenie wody, astrogliozę i objętość zmian. Ekspresja akwaporyny 4 zależy od stadium choroby TBI. W ostrym stadium TBI brak akwaporyny 4 powoduje zmniejszenie usuwania nadmiaru wody, natomiast w późniejszym stadium TBI zapobiega poważnym uszkodzeniom i obrzękom.

U osób cierpiących na chorobę Alzheimera blaszki amyloidowe czasami rozwijają się w tętnicach mózgowych – stan jest określany jako mózgowa angiopatia amyloidowa lub CAA. Badania na zwierzętach wykazały, że nasilenie CAA zwiększa się lub zmniejsza w zależności od ekspresji akwaporyny-4. Kiedy następuje spadek AQP4, nasilenie CAA wzrasta i odwrotnie; nie wiadomo, co powoduje zmiany w poziomach ekspresji AQP4, ani czy jest to część procesu chorobowego, czy też wysiłek mózgu w celu adaptacji. W zwierzęcych modelach stwardnienia zanikowego bocznego AQP4 ulega nadekspresji w pniu mózgu, korze i istocie szarej rdzenia kręgowego, co powoduje obrzęk astrocytów; powód tego nie jest zrozumiały.

Myszy z nokautem wykazują problemy z poznaniem; występuje zakłócenie w konsolidacji pamięci, a także zakłócenie między pozyskiwaniem pamięci, rozpoznawaniem przestrzennym i pamięcią o tym, gdzie znajdował się obiekt po jego przeniesieniu.

Bibliografia

Dalsza lektura

Zewnętrzne linki