El cotransportador Na-K-Cl ( NKCC ) es una proteína de transporte que ayuda en el transporte activo secundario de sodio , potasio y cloruro al interior de las células . [1] En humanos existen 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]
NKCC1 está ampliamente distribuido por todo el cuerpo humano; tiene funciones importantes en 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 transportadoras 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 los considera simportadores . Mantienen la electroneutralidad moviendo dos solutos cargados positivamente (sodio y potasio) junto con dos partes de un soluto cargado negativamente (cloruro). Por tanto, la estequiometría de los solutos transportados es 1Na:1K:2Cl. Sin embargo, existe una excepción notable en el axón gigante del calamar, ya que el simportador de esta célula especial tiene una estequiometría de 2Na:1K:3Cl, aunque la electroneutralidad aún se mantiene. [3]
NKCC1 se distribuye ampliamente por todo el cuerpo, especialmente en órganos que secretan líquidos, 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 a 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, en particular el cloruro, se secretan en la luz de estas glándulas exocrinas, lo que aumenta la concentración luminal de solutos y provoca que se segregue agua por ósmosis .
Además de las glándulas exocrinas, 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 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 edad adulta. [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 sean predominantemente activos, las concentraciones internas de cloruro en las neuronas aumentan en comparación con las concentraciones de cloruro maduro, lo cual es importante para las respuestas de GABA y glicina, ya que los respectivos canales aniónicos activados por ligando son permeables al cloruro. Con concentraciones más altas de cloruro interno, la fuerza impulsora hacia afuera de estos iones aumenta y, por lo tanto, la apertura del canal hace que el cloruro abandone la célula, despolarizándola así. Dicho de otra manera, aumentar la concentración interna de cloruro aumenta el potencial de inversión 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 KCC2 K-Cl aumenta, lo que reduce la concentración interna de cloruro en las neuronas a valores adultos. [7]
NKCC2 se encuentra específicamente en las células de la rama ascendente gruesa del asa de Henle y en la mácula densa de las nefronas , las unidades funcionales básicas del riñón . Dentro de estas células, NKCC2 reside en la membrana apical [8] que linda con la luz de la nefrona , que es el espacio hueco que contiene la orina . Por 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. En este caso, la orina tiene una concentración relativamente alta de sodio. A medida que la orina avanza hacia la porción más superficial de la rama ascendente gruesa, NKCC2 es la principal proteína transportadora mediante la cual se reabsorbe el sodio de la orina. Este movimiento de salida de sodio y la falta de permeabilidad al agua en la rama ascendente gruesa, crea una orina más diluida. [9] Según la estequiometría descrita anteriormente, cada ion sodio reabsorbido aporta un ion potasio y dos iones cloruro. El sodio pasa a ser reabsorbido en la sangre , donde contribuye al mantenimiento de la presión arterial .
La furosemida y otros diuréticos del 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 hipopotasémico.
La alteración de la reabsorción de sodio aumenta la diuresis por tres mecanismos:
Por tanto, los diuréticos de asa provocan en última instancia una disminución de la presión arterial.
La hormona vasopresina estimula la actividad de NKCC2. La vasopresina estimula la reabsorción de cloruro de sodio en la rama ascendente gruesa de la nefrona mediante la activación de vías de señalización. La vasopresina aumenta el tráfico de NKCC2 a la membrana y fosforila algunos sitios de serina y treonina en el N-terminal citoplasmático de NKCC2 ubicado en la membrana, aumentando 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 mediante la creación de 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 con pérdida de función de NKCC2 produce el síndrome de Bartter , un trastorno autosómico recesivo caracterizado por alcalosis metabólica hipopotasémica con presión arterial normal a baja. [13]
La energía necesaria para mover los solutos a través de la membrana celular la proporciona el gradiente electroquímico de sodio. El gradiente electroquímico del sodio lo establece 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 mediante 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 menor afinidad por el sodio y esto permite que el cotransportador funcione en este entorno rico en sodio. Por el contrario, NKCC2B se expresa en la porción más superficial de la rama ascendente gruesa y en la mácula densa, y tiene la mayor afinidad por el sodio. Esto permite que NKCC2B funcione en este entorno empobrecido en sodio sin saturarse. La isoforma NKCC2A muestra una distribución intermedia y afinidad por el sodio. [14] De esta manera, NKCC2 puede funcionar correctamente en el rango de concentraciones de sodio que se encuentran a lo largo de la rama ascendente gruesa.