El canal de sodio epitelial (ENaC) , (también conocido como canal de sodio sensible a amilorida ) es un canal iónico unido a una membrana que es selectivamente permeable a los iones de sodio ( Na + ). Está ensamblado como un heterotrímero compuesto por tres subunidades homólogas α o δ, β y γ. [2] Estas subunidades están codificadas por cuatro genes: SCNN1A , SCNN1B , SCNN1G y SCNN1D . El ENaC participa principalmente en la reabsorción de iones de sodio en los conductos colectores de las nefronas del riñón . Además de estar implicadas en enfermedades en las que se altera el equilibrio de líquidos a través de las membranas epiteliales, como el edema pulmonar, la fibrosis quística, la EPOC y la COVID-19, las formas proteolizadas de ENaC funcionan como receptores humanos del sabor de la sal. [3]
Las membranas apicales de muchos epitelios estrechos contienen canales de sodio que se caracterizan principalmente por su alta afinidad por el bloqueador diurético amilorida . [2] [4] [5] [6] Estos canales median el primer paso de la reabsorción activa de sodio, esencial para el mantenimiento de la homeostasis de la sal y el agua del cuerpo. [4] En los vertebrados , los canales controlan la reabsorción de sodio en los riñones, el colon, los pulmones y las glándulas sudoríparas; También desempeñan un papel en la percepción del gusto.
Los canales de sodio epiteliales están estructural y probablemente evolutivamente relacionados con los purinorreceptores P2X , receptores del dolor que se activan cuando detectan ATP.
ENaC se encuentra en la membrana apical de las células epiteliales polarizadas , en particular en el riñón (principalmente en el túbulo colector), el pulmón , la piel, [7] los tractos reproductivos masculinos y femeninos y el colon . [2] [8] [9] Los canales de sodio epiteliales facilitan la reabsorción de Na⁺ a través de las membranas apicales de los epitelios en la nefrona distal , los tractos respiratorio y reproductivo y las glándulas exocrinas . Dado que la concentración de iones Na⁺ es un determinante importante de la osmolaridad del líquido extracelular , los cambios en la concentración de Na⁺ afectan el movimiento de los líquidos y, en consecuencia, el volumen de los líquidos y la presión arterial. La actividad de ENaC en el colon y el riñón está modulada por el mineralocorticoide aldosterona . Puede bloquearse con triamtereno o amilorida , que se utilizan médicamente como diuréticos . En el riñón, es inhibido por el péptido natriurético auricular , provocando natriuresis y diuresis.
Los canales epiteliales de Na+ (ENaC) en el cerebro desempeñan un papel importante en la regulación de la presión arterial. [10] Las neuronas de vasopresina (VP) desempeñan un papel fundamental en la coordinación de las respuestas neuroendocrinas y autónomas para mantener la homeostasis cardiovascular. La ingesta elevada de sal en la dieta provoca un aumento en la expresión y actividad de ENaC, lo que da como resultado la despolarización en estado estacionario de las neuronas VP. [10] Este es uno de los mecanismos subyacentes a cómo la ingesta de sal en la dieta afecta la actividad de las neuronas VP a través de la actividad ENaC. Los canales ENaC en el cerebro participan en la respuesta de la presión arterial al sodio de la dieta.
Los estudios de inmunofluorescencia de alta resolución revelaron que en el tracto respiratorio y el tracto reproductivo femenino, ENaC se encuentra a lo largo de toda la longitud de los cilios que cubren la superficie de las células multiciliadas. [8] Por lo tanto, en estos epitelios con cilios móviles, ENaC funciona como un regulador de la osmolaridad del líquido periciliar, y su función es esencial para mantener el volumen de líquido a una profundidad necesaria para la motilidad de los cilios. En el tracto respiratorio este movimiento es esencial para limpiar la superficie mucosa , y en el tracto reproductivo femenino, la motilidad de los cilios es esencial para el movimiento de los ovocitos. [8]
A diferencia de ENaC, el CFTR que regula el transporte de iones cloruro no se encuentra en los cilios. Estos hallazgos contradicen una hipótesis previa de que ENaC está regulado negativamente por la interacción directa con CFTR. En pacientes con fibrosis quística (FQ), CFTR no puede regular negativamente ENaC, lo que provoca hiperabsorción en los pulmones e infecciones pulmonares recurrentes. Se ha sugerido que puede ser un canal iónico activado por ligando . [11]
En las capas epidérmicas de la piel, ENaC se expresa en los queratinocitos, las glándulas sebáceas y las células del músculo liso. [7] En estas células, ENaC se encuentra principalmente en el citoplasma. [7] En las glándulas sudoríparas ecrinas, ENaC se encuentra predominantemente en la membrana apical frente a la luz de los conductos sudoríparos. [7] La función principal de ENaC en estos conductos es la recaptación de iones Na⁺ que se excretan en el sudor. En pacientes con mutaciones ENaC que causan pseudohipoaldosteronismo sistémico tipo I, los pacientes pueden perder una cantidad significativa de iones Na⁺, especialmente en climas cálidos.
ENaC también se encuentra en los receptores gustativos , donde juega un papel importante en la percepción del sabor salado . En los roedores, prácticamente todo el sabor a sal está mediado por ENaC, mientras que parece desempeñar un papel menos significativo en los humanos: alrededor del 20 por ciento puede atribuirse al canal de sodio epitelial.
Las variantes protoelíticas de ENaC también funcionan como receptores del gusto de la sal humana. Este papel se confirmó por primera vez mediante estudios sensoriales en humanos para evaluar el efecto del 2-furoato de 4-propilfenilo en la percepción del sabor salado de la sal de mesa, el cloruro de sodio (NaCl). El 2-furoato de 4-propilfenilo es un compuesto que se descubrió que activa ENaC proteolizado. [12]
Los estudios muestran que el canal ENaC es permeable a los iones Na + y Li + , pero tiene muy poca permeabilidad a los iones K + , Cs + o Rb + . [13] [14]
La reacción de transporte generalizada para los canales de Na + es:
Eso para las degenerinas es:
ENaC consta de tres subunidades diferentes: α, β, γ. [2] [15] Las tres subunidades son esenciales para el transporte al conjunto de canales funcionales de la membrana. [16] El extremo C de cada subunidad ENaC contiene un motivo PPXY que cuando se muta o elimina en la subunidad β o γ-ENaC conduce al síndrome de Liddle, una forma humana autosómica dominante de hipertensión. La estructura crioEM de ENaC indica que el canal es una proteína heterotrimérica como el canal iónico sensor de ácido 1 (ASIC1) , que pertenece a la misma familia. [17] [18] Cada una de las subunidades consta de dos hélices transmembrana y un bucle extracelular. Los extremos amino y carboxi de los tres polipéptidos se encuentran en el citosol .
La estructura cristalina de ASIC1 y los estudios de mutagénesis dirigida al sitio sugieren que ENaC tiene un canal iónico central ubicado a lo largo del eje de simetría central entre las tres subunidades. [14] [19]
En términos de estructura, las proteínas que pertenecen a esta familia constan de aproximadamente 510 a 920 residuos de aminoácidos. Están formados por una región N-terminal intracelular seguida de un dominio transmembrana, un bucle extracelular grande, un segundo segmento transmembrana y una cola intracelular C-terminal. [20]
Además, existe una cuarta subunidad, la denominada subunidad δ, que comparte una considerable similitud de secuencia con la subunidad α y puede formar un canal iónico funcional junto con las subunidades β y γ. Estos δ-, β-, γ-ENaC aparecen en el páncreas , los testículos , los pulmones y los ovarios . Su función aún se desconoce.
Los miembros de la familia de canales epiteliales de Na + (ENaC) se dividen en cuatro subfamilias, denominadas alfa, beta, gamma y delta. [5] Las proteínas exhiben la misma topología aparente, cada una con dos segmentos transmembrana (TM) (TMS), separados por un gran bucle extracelular. En la mayoría de las proteínas ENaC estudiadas hasta la fecha, los dominios extracelulares están altamente conservados y contienen numerosos residuos de cisteína, con regiones TM anfipáticas C-terminales flanqueantes, que se postula que contribuyen a la formación de los poros hidrófilos de los complejos proteicos del canal oligomérico. Se cree que los dominios extracelulares bien conservados sirven como receptores para controlar las actividades de los canales.
Las proteínas ENaC de vertebrados de las células epiteliales se agrupan estrechamente en el árbol filogenético; En el cerebro también se encuentran homólogos de ENaC insensibles al voltaje. Las numerosas proteínas secuenciadas de C. elegans, incluidas las degenerinas del gusano, están relacionadas lejanamente con las proteínas de los vertebrados y entre sí. Las proteínas ENaC de vertebrados son similares a las degenerinas de Caenorhabditis elegans : [20] deg-1, del-1, mec-4, mec-10 y unc-8. Estas proteínas pueden mutarse para provocar degradación neuronal y también se cree que forman canales de sodio.
La familia de canales epiteliales de sodio ( Na + ) (ENaC) pertenece a la superfamilia ENaC/P2X. [21] Los receptores ENaC y P2X tienen estructuras tridimensionales similares y son homólogos. [22]
La arquitectura exón-intrón de los tres genes que codifican las tres subunidades de ENaC se ha mantenido altamente conservada a pesar de la divergencia de sus secuencias. [23]
Hay cuatro canales de sodio sensibles a la amilorida relacionados:
La expresión de ENaC en cultivos de células de mamíferos es citotóxica, lo que provoca absorción de sodio, inflamación y muerte celular, lo que complica la producción de líneas celulares estables para estudiar ENaC. La tecnología Chromovert permitió la producción de una línea celular ENaC estable utilizando sondas de señalización fluorogénica y citometría de flujo para escanear numerosas células y aislar clones raros capaces de una expresión funcional, estable y viable de ENaC. [24]
La interacción de ENaC con CFTR es de importante relevancia fisiopatológica en la fibrosis quística . CFTR es un canal transmembrana responsable del transporte de cloruro y los defectos en esta proteína causan fibrosis quística, en parte a través de la regulación positiva del canal ENaC en ausencia de CFTR funcional.
En las vías respiratorias, el CFTR permite la secreción de cloruro, seguido pasivamente de iones de sodio y agua. Sin embargo, en ausencia de CFTR funcional, el canal ENaC está regulado positivamente y disminuye aún más la secreción de sal y agua al reabsorber iones de sodio. Como tal, las complicaciones respiratorias en la fibrosis quística no son causadas únicamente por la falta de secreción de cloruro sino por el aumento de la reabsorción de sodio y agua. Esto da como resultado la deposición de moco espeso y deshidratado, que se acumula en el tracto respiratorio, interfiriendo con el intercambio de gases y permitiendo la acumulación de bacterias. [25] Sin embargo, una regulación positiva de CFTR no corrige la influencia de ENaC de alta actividad. [26] Probablemente otras proteínas que interactúan son necesarias para mantener una homeostasis iónica funcional en el tejido epitelial del pulmón, como canales de potasio, acuaporinas o Na/K-ATPasa. [27]
En las glándulas sudoríparas, el CFTR es responsable de la reabsorción de cloruro en el conducto sudoríparo. Los iones de sodio siguen pasivamente a través de ENaC como resultado del gradiente electroquímico causado por el flujo de cloruro. Esto reduce la pérdida de sal y agua. En ausencia de flujo de cloruro en la fibrosis quística, los iones de sodio no fluyen a través del ENaC, lo que provoca una mayor pérdida de sal y agua. (Esto es cierto a pesar de la regulación positiva del canal ENaC, ya que el flujo en los conductos sudoríparos está limitado por el gradiente electroquímico establecido por el flujo de cloruro a través del CFTR). Como tal, la piel de los pacientes tiene un sabor salado, y esto se usa comúnmente para ayudar a diagnosticar el enfermedad, tanto en el pasado como en la actualidad mediante pruebas eléctricas modernas. [28]
Las mutaciones de ganancia de función en las subunidades β y γ están asociadas con el síndrome de Liddle . [29]
La amilorida y el triamtereno son diuréticos ahorradores de potasio que actúan como bloqueadores de los canales de sodio epiteliales .