El cotransportador Na–K–Cl ( NKCC ) es una proteína de transporte que ayuda en el transporte activo secundario de sodio , potasio y cloruro a las células . [1] En los seres humanos hay dos isoformas de esta proteína de transporte de membrana , NKCC1 y NKCC2 , codificadas por dos genes diferentes ( SLC12A2 y SLC12A1 respectivamente). Dos isoformas del gen NKCC1/Slc12a2 resultan de mantener (isoforma 1) u omitir (isoforma 2) el exón 21 en el producto génico final. [2]
La NKCC1 está ampliamente distribuida en todo el cuerpo humano y tiene funciones importantes en los órganos que secretan líquidos. Se encuentra específicamente en el riñón , donde extrae sodio, potasio y cloruro de la orina para que puedan ser reabsorbidos en la sangre .
Las proteínas NKCC son proteínas de transporte de membrana que transportan iones de sodio (Na), potasio (K) y cloruro (Cl) a través de la membrana celular . Debido a que mueven cada soluto en la misma dirección, se las considera simportadoras . Mantienen la electroneutralidad al mover dos solutos con carga positiva (sodio y potasio) junto a dos partes de un soluto con carga negativa (cloruro). Por lo tanto, la estequiometría de los solutos transportados es 1Na:1K:2Cl. Aunque los axones gigantes del calamar son la única excepción notable con una estequiometría de 2Na:1K:3Cl, la electroneutralidad a través del transportador de proteínas aún se mantiene. [3]
NKCC1 se distribuye ampliamente por todo el cuerpo, especialmente en órganos que secretan fluidos, llamados glándulas exocrinas . [4] En las células de estos órganos, NKCC1 se encuentra comúnmente en la membrana basolateral , [5] la parte de la membrana celular más cercana a los vasos sanguíneos . Su ubicación basolateral le da a NKCC1 la capacidad de transportar sodio, potasio y cloruro desde la sangre hacia la célula. Otros transportadores ayudan en el movimiento de estos solutos fuera de la célula a través de su superficie apical. El resultado final es que los solutos de la sangre, particularmente el cloruro, se secretan en el lumen de estas glándulas exocrinas, lo que aumenta la concentración luminal de solutos y hace que se secrete agua por ósmosis .
Además de las glándulas exocrinas, la NKCC1 es necesaria para establecer la endolinfa rica en potasio que baña parte de la cóclea , un órgano necesario para la audición. La inhibición de la NKCC1, como ocurre con la furosemida u otros diuréticos de asa , puede provocar sordera . [5]
NKCC1 también se expresa en muchas regiones del cerebro durante el desarrollo temprano, pero no en la adultez. [6] Este cambio en la presencia de NKCC1 parece ser responsable de alterar las respuestas a los neurotransmisores GABA y glicina de excitatorias a inhibidoras, lo que se sugirió que era importante para el desarrollo neuronal temprano. Mientras los transportadores NKCC1 estén predominantemente activos, las concentraciones internas de cloruro en las neuronas aumentan en comparación con las concentraciones de cloruro maduras, lo que es importante para las respuestas de GABA y glicina, ya que los canales de aniones controlados por ligando respectivos son permeables al cloruro. Con concentraciones internas de cloruro más altas, la fuerza impulsora hacia afuera para estos iones aumenta y, por lo tanto, la apertura del canal conduce a que el cloruro salga de la célula, despolarizándola. Dicho de otra manera, el aumento de la concentración interna de cloruro aumenta el potencial de reversión del cloruro, dado por la ecuación de Nernst . Más adelante en el desarrollo, la expresión de NKCC1 se reduce, mientras que la expresión de un cotransportador K-Cl KCC2 aumenta, lo que reduce la concentración interna de cloruro en las neuronas a los valores adultos. [7]
La NKCC2 se encuentra específicamente en las células de la rama ascendente gruesa del asa de Henle y la mácula densa en las nefronas , las unidades funcionales básicas del riñón . Dentro de estas células, la NKCC2 reside en la membrana apical [8] que linda con el lumen de la nefrona , que es el espacio hueco que contiene la orina . Por lo tanto, sirve tanto en la absorción de sodio como en la retroalimentación tubuloglomerular .
La rama ascendente gruesa del asa de Henle comienza en la porción más profunda de la médula externa renal. Aquí, la orina tiene una concentración relativamente alta de sodio. A medida que la orina se mueve hacia la porción más superficial de la rama ascendente gruesa, NKCC2 es la principal proteína de transporte por la cual se reabsorbe el sodio de la orina. Este movimiento hacia afuera del sodio y la falta de permeabilidad al agua en la rama ascendente gruesa, crea una orina más diluida. [9] De acuerdo con la estequiometría descrita anteriormente, cada ion de sodio reabsorbido trae un ion de potasio y dos iones de cloruro. El sodio continúa siendo reabsorbido en la sangre , donde contribuye al mantenimiento de la presión arterial .
La furosemida y otros diuréticos de asa inhiben la actividad de NKCC2, lo que altera la reabsorción de sodio en la rama ascendente gruesa del asa de Henle. La acción de estos diuréticos de asa también reduce la reabsorción de potasio a través del cotransportador NKCC2 y, en consecuencia, aumenta el flujo tubular, lo que mejora la secreción de potasio y enfatiza el efecto hipocalémico.
La reabsorción de sodio alterada aumenta la diuresis mediante tres mecanismos:
Por lo tanto, los diuréticos de asa en última instancia resultan en una disminución de la presión arterial.
La hormona vasopresina también estimula la actividad de NKCC2. La vasopresina estimula la reabsorción de cloruro de sodio en la rama ascendente gruesa de la nefrona activando las vías de señalización. La vasopresina aumenta el tráfico de NKCC2 a la membrana y fosforila algunos sitios de serina y treonina en el extremo N-terminal citoplasmático de NKCC2 ubicado en la membrana, lo que aumenta su actividad. El aumento de la actividad de NKCC2 ayuda a la reabsorción de agua en el conducto colector a través de los canales de acuaporina 2 creando un filtrado hipoosmótico. [10] [11]
NKCC1 y NKCC2 están codificados por genes en los brazos largos de los cromosomas 5 [12] y 15 , [13] respectivamente. Una mutación de pérdida de función de NKCC2 produce el síndrome de Bartter , un trastorno autosómico recesivo caracterizado por alcalosis metabólica hipocalémica con presión arterial normal a baja. [13]
La energía necesaria para mover solutos a través de la membrana celular es proporcionada por el gradiente electroquímico de sodio. El gradiente electroquímico de sodio es establecido por la Na/K-ATPasa , que es una enzima dependiente de ATP . Dado que las proteínas NKCC utilizan el gradiente de sodio, su actividad depende indirectamente del ATP; por esta razón, se dice que las proteínas NKCC mueven solutos mediante transporte activo secundario . Hay tres isoformas de NKCC2 creadas por empalme alternativo (NKCC2A, B y F). Cada una de estas isoformas se expresa en diferentes porciones de la rama ascendente gruesa y tienen diferente afinidad por el sodio que se correlaciona con su localización. La isoforma F es más predominante en la porción más profunda de la rama ascendente gruesa, donde la concentración de sodio es muy alta. NKCC2F es la isoforma con la menor afinidad por el sodio y esto permite que el cotransportador funcione en este entorno rico en sodio. Por el contrario, la NKCC2B se expresa en la porción más superficial de la rama ascendente gruesa y la mácula densa, y tiene la mayor afinidad por el sodio. Esto permite que la NKCC2B funcione en este entorno desprovisto de sodio sin saturarse. La isoforma NKCC2A muestra una distribución y afinidad intermedias por el sodio. [14] De esta manera, la NKCC2 puede funcionar correctamente a lo largo del rango de concentraciones de sodio que se encuentran a lo largo de la rama ascendente gruesa.