Canalul de potasiu voltajat Kv1
Jianchao Xu, Pandelakis A. Koni, Peili Wang, Guoyong Li, Leonard Kaczmarek, Yanling Wu, Yanyan Li, Richard A. Flavell, Gary V. Desir, Canalul de potasiu cu tensiune Kv1.3 reglează homeostazia energetică și greutatea corporală, uman Molecular Genetics, volumul 12, numărul 5, 1 martie 2003, paginile 551–559, https://doi.org/10.1093/hmg/ddg049
Abstract
Canalele de potasiu cu tensiune (Kv) reglează potențialul membranei celulare și controlează o varietate de procese celulare. Canalele Kv1.3 sunt exprimate în mai multe țesuturi și se consideră că participă la reglarea volumului celular, apoptoză, activarea celulelor T și homeostazia solutului renal. Examinarea șoarecilor cu deficit de Kv1.3 (Kv1.3 -/-), generată de direcționarea genelor, a relevat un rol nerecunoscut anterior pentru Kv1.3 în reglarea greutății corporale. Într-adevăr, șoarecii Kv1.3 -/- cântăresc semnificativ mai puțin decât colegii de control. Mai mult decât atât, șoarecii knockout sunt protejați de obezitatea indusă de dietă și câștigă în mod semnificativ mai puțină greutate decât martorii pentru colegii atunci când sunt plasați pe o dietă bogată în grăsimi. În timp ce aportul de alimente nu a diferit semnificativ între Kv1.3 -/- și martori, rata metabolică bazală, măsurată în repaus prin calorimetrie indirectă, a fost semnificativ mai mare la animalele knockout. Aceste date indică faptul că canalele Kv1.3 pot participa la căile care reglează greutatea corporală și că inhibarea canalului crește rata metabolică bazală.
INTRODUCERE
Canalele de potasiu cu tensiune (Kv) sunt un grup divers de proteine de membrană care reglează potențialul membranei celulare. Kv1.3, un membru al familiei Shaker a canalelor Kv, se găsește în multe țesuturi, inclusiv în rinichi (1), limfocite (2-6), SNC (7), ficat, mușchi scheletic, testicul și spermatozoizi (8), și osteoclaste (9, 10). Poate participa la o varietate de funcții celulare, inclusiv apoptoza, reglarea volumului celular și stimularea celulelor T (3, 4, 11, 12). Activitatea canalului este reglată în sus de kinaza activată cu glucocorticoizi serici (SGK), unul dintre principalii mediatori ai acțiunii aldosteronului la nivelul tubului distal renal (13). Protein kinaza C (PKC) crește (14) și tirozin kinaza (TK) inhibă activitatea canalului Kv1.3 (15). În neuronii cu bulb olfactiv, unde Kv1.3 mediază o proporție mare din curentul exterior măsurat, activitatea sa este reglată în jos de insulină prin activarea receptorului TK (15, 16). Experimentele de mutageneză direcționate la fața locului indică faptul că insulina determină fosforilarea mai multor reziduuri de tirozină în Kv1.3.
Rolul semnalizării insulinei în creier nu este bine înțeles (17). Receptorii insulinei cerebrale se găsesc nu numai în bulbul olfactiv, ci și în plexul coroid, hipocampul și nucleul arcuat al hipotalamusului. Hipotalamusul exprimă GLUT4, un transportor de glucoză sensibil la insulină și este un domeniu important în ceea ce privește controlul apetitului și cheltuielile de energie (18). Acesta integrează o varietate de semnale periferice, inclusiv leptină și insulină, și transmite mesaje adecvate către neuroni specifici, fie pentru a crește, fie pentru a reduce consumul de alimente. În mod optim, aportul de energie este egal cu cheltuielile de energie, iar organismul este capabil să mențină o greutate corporală constantă. Producția de energie poate varia foarte mult, deoarece constă nu numai dintr-o porțiune obligatorie care susține funcțiile celulare și organice (rata metabolică bazală), ci și din două componente variabile, adică termogeneza adaptivă și activitatea fizică (19). Există date care sugerează că hipotalamusul modulează și termogeneza adaptativă. Detaliile moleculare ale acestor interacțiuni sunt în curs de investigare intensă, deoarece incidența obezității a atins proporții epidemice în țările dezvoltate.
În ciuda datelor extinse referitoare la proprietățile cinetice și farmacologice și la reglarea Kv1.3, rolul sau rolurile sale fiziologice nu sunt bine înțelese. Cu toate acestea, știm că canalul este exprimat în hipotalamus (20) și că este reglat de insulină și, prin urmare, poate fi considerat unul dintre substraturile receptorilor de insulină (IRS). Interesant, șoarecii cu o perturbare specifică neuronului a genei IR (șoareci NIRKO) au dezvoltat obezitate sensibilă la dietă, cu creșteri ale nivelului de grăsime corporală și de leptină plasmatică, rezistență ușoară la insulină, niveluri crescute de insulină plasmatică și hipertrigliceridemie, sugerând semnalizarea IR în jocurile SNC un rol important în reglementarea eliminării energiei, a metabolismului combustibilului (21). Pentru a examina rolul fiziologic al Kv1.3 in vivo, în special pentru a testa dacă Kv1.3 servește ca IRS în controlul greutății corporale și în homeostazia energetică, am generat șoareci cu deficit de Kv1.3 (Kv1.3 -/-) prin întreruperea Kv1.3 .3 locus folosind recombinarea omoloagă și le-a examinat fenotipul.
REZULTATE
Scăderea greutății corporale la șoarecii Kv1.3 -/-
Figura 1A descrie strategia utilizată pentru a perturba locusul Kv1.3. Perturbarea genelor a fost confirmată prin PCR și western blot (Fig. 1B și C). Raportul Mendelian așteptat a fost observat la șoarecii născuți din împerecherea părinților heterozigoți. Șoarecii nou-născuți Kv1.3 -/- au apărut normali, nu au necesitat precauții specifice pentru supraviețuire și creștere și nu s-au putut distinge de colegii de așternut de tip sălbatic (WT) (Kv1.3 +/+) în ceea ce privește aspectul și comportamentul.
Kv1.3 -/- animalele au cântărit în mod constant mai puțin decât martorii colegilor, așa cum este ilustrat în Figura 2A, unde șoarecii femele au fost observați în cuști metabolice timp de până la 35 de zile începând cu vârsta de 50 de zile. Diferența de greutate a fost observată și la șoarecii masculi hrăniți în perechi (Fig. 2B). Lungimile corpului nu s-au putut distinge, la fel ca și structura osoasă evaluată prin scanare cu absorptiometrie cu raze X cu energie duală (DEXA). Deși conținutul total de grăsime corporală estimat de DEXA a fost mai mic la șoarecii Kv1.3 -/-, diferența nu a atins semnificația statistică (Tabelul 1).
Creșterea ratei metabolice bazale la șoareci Kv1.3 -/-
Greutatea corporală este controlată de diferența netă dintre consumul și consumul de energie. Prin urmare, am măsurat aportul de energie, rata metabolică și nivelurile de activitate la șoareci Kv1.3 -/-, pentru a elucida în continuare rolul Kv1.3 în reglarea greutății corporale. Nu au existat diferențe semnificative în aportul de alimente între șoarecii Kv1.3 -/- și colegii de control. În schimb, rata metabolică bazală (măsurată prin calorimetrie indirectă între orele 11:00 și 16:00) a fost semnificativ mai mare la șoarecii Kv1.3 -/- (Tabelul 1). Cea mai mare rată metabolică a șoarecilor Kv1.3 -/- nu a putut fi explicată prin modificări ale nivelului de activitate fizică, deoarece atât șoarecii knockout, cât și colegii de control au fost la fel de activi în timpul perioadei de observare (Tabelul 1).