Activitatea Kir4.1 / Kir5.1 este esențială pentru aportul dietic de sodiu - Modularea indusă de cotransportor Na-Cl

Rezumat vizual

Declarație de semnificație

Dovezi considerabile indică faptul că canalul de potasiu rectificat în interiorul basolateral Kir4.1/Kir5.1 este esențial pentru transportul membranei în tubul distal convolut (DCT) și că sodiul și potasiul din dietă sunt importante în reglarea activității cotransportatorului Na-Cl sensibil la tiazidă. (NCC). În studiile la șoareci, autorii au descoperit că stimularea NCC indusă de restricția de sodiu a fost asociată cu creșterea activității Kir4.1/Kir5.1 în DCT și hiperpolarizarea membranei; Inhibarea NCC indusă de aportul ridicat de sodiu a fost asociată cu scăderea activității Kir4.1/Kir5.1 în DCT și depolarizarea membranei. La șoarecii knock-out Kir4.1 specifici rinichilor, efectul sodiei dietetice asupra activității NCC a fost în mare parte abolit, la fel ca efectele sale asupra conductanței și potențialului membranei DCT. Constatările indică faptul că Kir4.1/Kir5.1 este esențial pentru medierea aportului de sodiu din dietă - indusă de modularea funcției NCC.

esențială

Abstract

fundal Aportul dietic de sodiu reglează cotransportorul Na-Cl (NCC) sensibil la tiazidă din tubul contort distal (DCT). Nu este cunoscut dacă canalul de potasiu bazolateral, rectificat interior Kir4.1/Kir5.1 (un heterotetramer al Kir4.1/Kir5.1) în DCT este esențial pentru medierea efectului aportului de sodiu din dietă asupra activității NCC nu este cunoscut.

Metode Am folosit electrofiziologie, tehnici de eliminare renală și imunoblotare pentru a examina efectele Kir4.1/Kir5.1 în DCT și NCC la șoareci knockout Kir4.1 de tip sălbatic și renal.

Rezultate Aportul scăzut de sodiu a stimulat activitatea Kir4.1/Kir5.1 basolaterală, a crescut conductanța K + basolaterală și a hiperpolarizat membrana. În schimb, aportul ridicat de sodiu a inhibat canalul de potasiu, a scăzut curenții bazolaterali K + și a depolarizat membrana. Aportul scăzut de sodiu a crescut expresia NCC totală și fosforilată și natriureza crescută indusă de hidroclorotiazidă; aportul mare de sodiu a avut efecte opuse. Astfel, activitatea NCC crescută indusă de aportul scăzut de sodiu a fost asociată cu reglarea în sus a activității Kir4.1/Kir5.1 în DCT, în timp ce inhibarea activității NCC prin aportul ridicat de sodiu a fost asociată cu diminuarea activității Kir4.1/Kir5.1. În schimb, aportul dietetic de sodiu nu a afectat activitatea NCC la șoarecii knockout. Mai mult, ștergerea Kir4.1 nu numai că a abolit conductanța K + basolaterală și a depolarizat membrana DCT, dar a abrogat și efectele stimulatoare induse de aportul scăzut de sodiu asupra conductanței K + basolaterale și a hiperpolarizării. În cele din urmă, aportul de sodiu din dietă nu a modificat rata de excreție urinară a potasiului la eliminarea hipokalemică și la șoarecii de tip sălbatic.

Concluzii Stimularea Kir4.1/Kir5.1 prin aport scăzut de sodiu din dietă este esențială pentru reglarea crescută a NCC, iar inhibarea Kir4.1/Kir5.1 indusă de aportul ridicat de sodiu este un pas cheie pentru reglarea descendentă a NCC.

Tubulul distal convoluit (DCT) este responsabil pentru reabsorbția a 5% din sarcina de Na + filtrată și este ținta pentru diureticele tiazidice. 1-4 Reabsorbția NaCl în DCT este un proces în doi pași (Figura suplimentară 1A): Na + și Cl - intră în celulele din membrana apicală prin cotransportorul Na-Cl (NCC) și Na + este apoi pompat a celulei prin Na-K-ATPaza bazolaterală, în timp ce Cl - iese din celulă de-a lungul gradientului său electrochimic prin canale bazolaterale Cl - (ClC-kb) sau cotransportorul KCl. 5-7 În partea târzie a DCT (DCT2), Na + intră în celulă prin membrana apicală atât prin NCC, cât și prin ENaC. 8-10 Deși NCC este exprimat în membrana apicală, canalul de potasiu rectificat interior (Kir) 4.1 este exprimat în membrana basolaterală a DCT. 11,12 În plus, Kir4.1 este singurul canal K + care furnizează conductanța K + basolaterală în DCT. 13 Un număr mare de dovezi indică faptul că Kir4.1 basolateral în DCT este esențial pentru transportul membranei în DCT. 13-16 Mutațiile pierderii funcției Kir4.1 la rinichi afectează în principal transportul membranei în DCT. 17-19 Rolul Kir4.1 în medierea transportului membranei în DCT este recapitulat la șoarecii Ks-Kir4.1 knockout cu irosire ușoară de sare, alcaloză metabolică și hipokaliemie datorată inhibării activității NCC. 15

Un număr mare de dovezi au demonstrat în mod convingător că aportul dietetic de Na + și K + joacă un rol important în reglarea activității NCC: aportul scăzut de potasiu sau sodiu scăzut (LS) stimulează în timp ce aportul ridicat de potasiu sau sodiu ridicat (HS) inhibă activitatea NCC . 14-16,20-23 În plus, experimentele noastre anterioare au demonstrat că Kir4.1 joacă un rol cheie în medierea efectului aportului de K + din dietă asupra NCC, deoarece ștergerea Kir4.1 a abolit complet efectul aportului de K + din dietă NCC. 16 Astfel, ridică posibilitatea dacă Kir4.1 din DCT este, de asemenea, implicat în medierea efectului aportului de Na + din dietă asupra NCC sensibil la tiazidă. Prin urmare, scopul acestui studiu este de a testa ipoteza că stimularea NCS indusă de aportul de LS necesită activarea Kir4.1 basolateral în DCT, în timp ce inhibarea NCC indusă de aportul HS necesită suprimarea activității Kir4.1.

Metode

Animale

Toate studiile pe animale au fost aprobate de Comitetele instituționale de îngrijire și utilizare a animalelor din New York Medical College. Șoarecii care exprimă transaxen Pax8-rtTA și tet-on LC-1 au fost încrucișați cu șoareci Kcnj10 flox/flox pentru a genera șoareci inductibili renali Kir4.1 knockout (Ks-Kir4.1 KO) (informații detaliate sunt furnizate în Material suplimentar). Ștergerea Kcnj10 a fost efectuată la șoareci masculi și/sau femele în vârstă de 8 până la 10 săptămâni homozigoți pentru gena Kcnj10 floxată și hemizigot pentru transgena Pax8-rtTA/LC-1 prin furnizarea de doxiciclină (5 mg/ml, 5% zaharoză) în apa potabilă timp de 2 săptămâni. Acest lucru a fost urmat de cel puțin două săptămâni suplimentare fără tratament cu doxiciclină înainte de efectuarea experimentelor, iar șoarecii au fost ținuți într-un ciclu de lumină/întuneric de 12 ore și au fost hrăniți cu o dietă normală de rozătoare și apă potabilă simplă. Șoareci Littermate (masculin și feminin Kcnj10 flox/flox) de aceeași vârstă și fond genetic care consumă 5% zaharoză au fost folosiți ca martori de tip sălbatic (WT). După 2 săptămâni pe o dietă normală de sodiu (NS; 0,4%), șoarecii au fost apoi hrăniți cu dietă LS (TD90228, 0,01% -0,02%) sau HS (TD92034, 4,0%) timp de încă 7 zile înainte de experimente. Metoda de genotipare a șoarecilor și prepararea DCT a fost descrisă anterior și este inclusă în materialul suplimentar. 15