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WNK1

WNK (proteína quinasa deficiente en lisina 1) , también conocida como WNK1 , es una enzima codificada por el gen WNK1 . [5] [6] [7] [8] [9] WNK1 es una proteína quinasa de serina-treonina y parte de la familia de quinasas "sin lisina/K" WNK. [5] [6] [7] [ 9] El papel predominante de WNK1 es la regulación de los cotransportadores de cationes-Cl (CCC), como el cotransportador de cloruro de sodio ( NCC ), el simtransportador basolateral Na-K-Cl ( NKCC1 ) y el cotransportador de cloruro de potasio (KCC1) ubicados dentro del riñón. [5] [6] [9] Los CCC median la homeostasis iónica y modulan la presión arterial al transportar iones dentro y fuera de la célula . [5] Como resultado, las mutaciones de WNK1 se han implicado en trastornos/enfermedades de la presión arterial; Un claro ejemplo es la hipertensión hipercalémica familiar (HFH). [5] [6] [7] [8] [9]

Estructura

La proteína WNK1 está compuesta por 2382 aminoácidos (peso molecular 230 kDa). [8] La proteína contiene un dominio quinasa ubicado dentro de su corto dominio N-terminal y una larga cola C-terminal . [8] El dominio quinasa tiene cierta similitud con la familia de proteínas quinasas MEKK . [8] Como miembro de la familia WNK, el residuo de lisina catalítica de la quinasa está ubicado únicamente en la cadena beta 2 del bucle de glicina. [8] Para tener actividad quinasa, WNK1 debe autofosforilar el residuo de serina 382 que se encuentra en su bucle de activación. [8] [5] Además, la fosforilación en otro sitio (Ser378) aumenta la actividad de WNK1. [5] Un dominio autoinhibitorio está ubicado dentro del dominio C-terminal junto con un dominio HQ que es necesario para las interacciones de WNK1 con otros WNK. [5] [6] [7] [8] Las interacciones entre WNK juegan un papel importante en la función; los mutantes WNK1 que carecen de un dominio HQ también carecen de actividad quinasa.

Función

El gen WNK1 codifica una serina-treonina quinasa citoplasmática expresada en la nefrona distal . [5] [6] [8] Los estudios han demostrado que WNK1 puede activar múltiples CCC. [5] [6] Sin embargo, WNK1 no fosforila directamente las CCC en sí, sino que fosforila otras serina-treonina quinasas : la quinasa rica en prolina-alanina relacionada con Sterile20 (SPAK) y la quinasa de respuesta al estrés oxidativo 1 ( OXSR1 ). [6] [5] [7] La ​​fosforilación del bucle T de SPAK ubicado en su dominio catalítico activará SPAK, que continuará fosforilando el dominio N-terminal de CCC. [5] [6] Por lo tanto, WNK1 activa las CCC indirectamente como un regulador ascendente de SPAK/OSR1. [5] [6] [7]

Reabsorción de sodio

El homodímero WNK1 fosforila SPAK/OSR1, que posteriormente activa la NCC mediante fosforilación. La NCC activada permite la entrada de iones Na + y Cl− .
El homodímero WNK1 fosforila SGK1, lo que conduce a una mayor expresión de ENaC.

En el túbulo contorneado distal (DCT), WNK1 es un potente activador del NCC que resulta en un aumento en la reabsorción de sodio que impulsa un aumento en la presión arterial. [5] [6] [7] El mutante WNK1 encontrado en FHHt alberga una gran deleción dentro del intrón 1 que causa un aumento en la expresión de WNK1 de longitud completa. [5] [6] [7] [8] El aumento en WNK1 conduce a aumentos en la activación del NCC que promueve la presión arterial alta / hipertensión asociada con FHHt. [5] [6] [7] [8] WNK1 activa la proteína quinasa inducible por suero y glucocorticoides SGK1 , lo que conduce a una mayor expresión del canal de sodio epitelial (ENaC), que también promueve la reabsorción de sodio. [6]

Secreción de potasio

WNK1 regula los canales de potasio que se encuentran en el conducto colector cortical (CCD) y el túbulo conector (CNT). [6] El potasio 1 medular externo renal ( ROMK1 ) y el canal de potasio activado por calcio de gran conductancia (BKCa) son los dos canales principales para la secreción de potasio. [6] WNK1 estimula indirectamente la endocitosis dependiente de clatrina de ROMK1 mediante una interacción potencial con intersectina (ITSN1); por lo tanto, no se necesita actividad quinasa. [6] Otro posible mecanismo de regulación de ROMK1 es a través de la hipercolesterolemia autosómica recesiva (ACH), que es una molécula adaptadora de clatrina. [6] La fosforilación de ACH por WNK1 promueve la translocación de ROMK1 a fosas recubiertas de clatrina que desencadenan la endocitosis . [6] WNK1 puede activar indirectamente BKCa al inhibir las acciones de las quinasas reguladas por señales extracelulares (ERK1 y ERK2) que conducen a la degradación lisomal. [6]

Regulación del volumen celular

Los cotransportadores NKCC1/2 están regulados por la concentración intracelular de Cl . [9] Los estudios apuntan a WNK1 como efector clave que acopla la concentración de Cl a la función de NKCC1/2. [5] [9] En condiciones hipertónicas (Cl extracelular alto ) que desencadenan la contracción celular, un mecanismo desconocido regula positivamente la expresión de WNK1 para contrarrestar la pérdida de volumen. [5] El aumento de WNK1 conduce a la activación de SPAK/OSR1 que activa NKCC1/2 a través de la fosforilación posterior. [5] [9] NKCC1/2 promoverá la afluencia de iones Na + , K + y Cl en la célula, lo que provocará el flujo de agua en la célula. [5] En las circunstancias inversas, donde las condiciones hipotónicas (Cl extracelular bajo ) inducen la hinchazón celular, WNK1 se inhibe. [5] Otro cotransportador, KCC, es inactivo cuando se fosforila; Sin WNK1 activado, KCC no sufre fosforilación y puede activarse. [5] El cotransportador promoverá el eflujo de iones K + y Cl− y provocará el flujo de agua fuera de la célula para combatir la hinchazón. [5]

WNK1 en el cerebro

En el cerebro maduro, el neurotransmisor GABA representa la principal señal inhibidora utilizada en la señalización neuronal. [5] El GABA activa el receptor GABA A , que es un canal de iones Cl . [5] Los iones Cl entrarán en la neurona provocando hiperpolarización e inhibición de la señalización. [5] Sin embargo, durante el desarrollo cerebral, la activación del GABA A permitirá que los iones Cl salgan de la neurona provocando su despolarización. [5] Por tanto, el GABA es un neurotransmisor excitador durante el desarrollo. [5] Se ha implicado a WNK1 en el cambio de desarrollo de la señalización GABA excitadora a la inhibitoria a través de la interacción con NKCC1 y KCC. [5] WNK1 fosforila SPAK/OSR1, que luego fosforila KCC2 inhibiendo el flujo de iones Cl fuera de la célula durante el desarrollo. [5]

WNK4 se une a WNK1, lo que inhibe su activación. Los iones Cl se unen al homodímero WNK1, lo que inhibe la actividad de la quinasa. Ambos mecanismos impiden la activación de la NCC.

Regulación de WNK1

Las concentraciones de iones Cl − y de iones K + desempeñan un papel importante en la regulación de la actividad de WNK1. [5] [9] En el DCT, se cree que la concentración plasmática de iones K + afecta la concentración de iones Cl dentro de la nefrona. [5] [9] La alta concentración plasmática de K + regula a la baja la actividad de WNK1 y evita que el ion Cl entre en la nefrona a través del NCC. [5] [9] Lo opuesto ocurre cuando la concentración plasmática de K + es baja; el aumento de la actividad de WNK1 estimula la actividad del NCC, lo que promueve la reabsorción de iones Cl . [5] [9] Cuando hay una abundancia de iones Cl dentro de la nefrona , la actividad de WNK1 se inhibe por la unión de un ion Cl al dominio catalítico de WNK1. [5] [9]

Además, WNK1 y WNK4 pueden interactuar para formar heterodímeros que inhiben la función de WNK1. [7] [6] La liberación de WNK4 del heterodímero permite que el monómero WNK1 se una a otro monómero WNK1 para promover la activación. [6] [7] La ​​función de WNK1 también puede inhibirse si WNK1 se degrada. Hay dos enzimas responsables de la ubiquitinación de WNK1, kelch like 3 (KLHL3) y cullin 3 (CUL3). [7] [6] [10] KLHL3 sirve como una proteína adaptadora que promueve la interacción entre WNK1 y Cullin3, que está en un complejo que contiene una ligasa de ubiquitina E3 que une las moléculas de ubiquitina a WNK1. [7] El WNK1 ubiquitinado posteriormente sufrirá degradación proteasomal. [7] [6] [10]

Importancia clínica

WNK1 tiene mutaciones asociadas con el síndrome de hipercalemia-hipertensión de Gordon ( pseudohipoaldosteronismo tipo II, que presenta hipertensión también llamada hipertensión hipercalémica familiar (FHHt)) [5] [7] [8] y neuropatía sensorial congénita ( HSAN tipo II, que presenta pérdida de percepción del dolor , el tacto y el calor debido a una pérdida de nervios sensoriales periféricos ). [5] [11]

Genómica comparativa

El gen pertenece a un grupo de cuatro proteínas quinasas relacionadas (WNK1, WNK2 , WNK3 , WNK4 ). [5] [7] [8]

Se han encontrado homólogos de esta proteína en Arabidopsis thaliana , C. elegans , Chlamydomonas reinhardtii y Vitis vinifera , así como en vertebrados como Danio rerio y Taeniopygia guttata . [7]

Referencias

  1. ^ abc GRCh38: Lanzamiento de Ensembl 89: ENSG00000060237 – Ensembl , mayo de 2017
  2. ^ abc GRCm38: Lanzamiento de Ensembl 89: ENSMUSG00000045962 – Ensembl , mayo de 2017
  3. ^ "Referencia de PubMed humana:". Centro Nacional de Información Biotecnológica, Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
  4. ^ "Referencia PubMed de ratón:". Centro Nacional de Información Biotecnológica, Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU . .
  5. ^ abcdefghijklmnopqrstu vwxyz aa ab ac ad ae af ag ah ai aj ak al Shekarabi M, Zhang J, Khanna AR, Ellison DH, Delpire E, Kahle KT (febrero de 2017). "Señalización de la quinasa WNK en la homeostasis iónica y la enfermedad humana". Metabolismo celular . 25 (2): 285–299. doi : 10.1016/j.cmet.2017.01.007 . hdl : 10871/33390 . PMID  28178566.
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  7. ^ abcdefghijklmnopq Bazúa-Valenti S, Gamba G (mayo de 2015). "Revisitando la regulación del cotransportador de NaCl por quinasas sin lisina". American Journal of Physiology. Fisiología celular . 308 (10): C779-91. doi :10.1152/ajpcell.00065.2015. PMC 4436992 . PMID  25788573. 
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  9. ^ abcdefghijkl Huang CL, Cheng CJ (noviembre de 2015). "Un mecanismo unificador para la regulación del cotransportador de sodio-cloruro por la quinasa WNK". Pflügers Archiv . 467 (11): 2235–41. doi :10.1007/s00424-015-1708-2. PMC 4601926. PMID  25904388 . 
  10. ^ ab Alessi DR, Zhang J, Khanna A, Hochdörfer T, Shang Y, Kahle KT (julio de 2014). "La vía WNK-SPAK/OSR1: regulador maestro de los cotransportadores de cationes y cloruro". Science Signaling . 7 (334): re3. doi :10.1126/scisignal.2005365. hdl : 10871/33417 . PMID  25028718. S2CID  206672635.
  11. ^ Tang BL (julio de 2016). "(WNK)ing at death: With-no-lysine (Wnk) kinases in neuropathies and neuronal survival" ((WNK) quinasas sin lisina en neuropatías y supervivencia neuronal). Boletín de investigación cerebral . 125 : 92–8. doi :10.1016/j.brainresbull.2016.04.017. PMID  27131446. S2CID  3938880.

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