Jump to content

Аквапорин-4

Вторичное (А), третичное (Б) и четвертичное (С) изображения аквапоринового канала.
AQP4
Доступные структуры
ПДБ Поиск ортологов: PDBe RCSB
Идентификаторы
Псевдонимы AQP4 , аквапорин 4, HMIWC2, MIWC, WCH4, hAQP4
Внешние идентификаторы Опустить : 600308 ; МГИ : 107387 ; Гомологен : 37507 ; Генные карты : AQP4 ; ОМА : AQP4 — ортологи
Ортологи
Разновидность Человек Мышь
Входить
Вместе
ЮниПрот
RefSeq (мРНК)
RefSeq (белок)
Местоположение (UCSC) Чр 18: 26,85 – 26,87 Мб Чр 18: 15,52 – 15,54 Мб
в PubMed Поиск [3] [4]
Викиданные
Просмотр/редактирование человека Просмотр/редактирование мыши

Аквапорин-4 , также известный как AQP-4 , представляет собой белок водного канала, кодируемый AQP4 геном у человека. [5] AQP-4 принадлежит к аквапоринов семейству интегральных мембранных белков , которые проводят воду через клеточную мембрану . Ограниченное количество аквапоринов обнаружено в центральной нервной системе (ЦНС): AQP1, 3, 4, 5, 8, 9 и 11, но более эксклюзивные представительства AQP1, 4 и 9 обнаружены в головном и спинном мозге. . [6] AQP4 демонстрирует наибольшее присутствие в сером веществе мозжечка и спинного мозга. [7] В ЦНС AQP4 является наиболее распространенным аквапориновым каналом, особенно расположенным в перимикрососудистых астроцитов , лимитантной глии и эпендиме. отростках [8] Кроме того, этот канал обычно способствует движению воды вблизи спинномозговой жидкости и сосудистой сети. [9]

Аквапорин-4 был впервые идентифицирован в 1986 году. Это было первое свидетельство существования каналов водного транспорта. [10] Метод, который использовался для обнаружения существования транспортных каналов, заключался в экспериментах по нокауту. С помощью этого метода они смогли показать значительную роль AQP4 в повреждениях ЦНС и водном дисбалансе мозга. [6] В 1994 году канал был успешно клонирован и первоначально назывался «Ртуть-нечувствительный водный канал». [11]

Структура

[ редактировать ]

Структура AQP4 состоит из шести трансмембранных доменов и пяти соединительных петель, образующих канал. С помощью рентгеновской кристаллографии было обнаружено, что «каждый мономер AQP4 состоит из шести спиральных, охватывающих мембрану доменов и двух коротких спиральных сегментов, окружающих узкую водную пору». [12] В самом узком месте водная пора имеет размер 2,8 ангстрем , что достаточно для прохождения молекул воды по одному. Хотя каждый мономер индивидуально способен переносить воду, четвертичная структура канала представляет собой тетрамер . [7] Сборка мономеров AQP4 в тетрамеры аналогична сборке других каналов аквапоринов. [13] Кроме того, AQP4 имеет две различные структурные изоформы, расположенные в ЦНС: M1 и M23. [6] Оба образуют гомо- и гетеротетрамеры, проницаемые для воды. [6] Изоформы M23 представляют собой более крупные квадратные массивы в мембранах конечностей астроцитов по сравнению с изоформами M1, которые меньше и более нестабильны. Тетрамеры аквапорина-4 накапливаются и превращаются в ортогональные массивы частиц (ОАП) в плазматической мембране клетки. [12]

Тканевое и клеточное распределение

[ редактировать ]

Аквапорин-4 — наиболее распространенный аквапорин в головном, спинном мозге и зрительном нерве. [11] Он высоко выражен в организме человека преимущественно на концевых ножках астроцитов . [12] Кроме того, AQP4 также может находиться в эпителиальных клетках многих органов человеческого тела, таких как почки, кишечник, слюнные железы, органы чувств и скелетные мышцы. [10] В этих конкретных случаях экспрессии эпителиальных клеток AQP4 концентрируется в базолатеральном мембранном слое этих мест. [13]

Кроме того, AQP4 также играет роль в поддерживающих клетках органов чувств, таких как сетчатка, внутреннее ухо и обонятельный эпителий. [12] В сетчатке AQP4 имеет высокую концентрацию там, где отростки клеток Мюллера имеют базальную пластинку вокруг кровеносных сосудов и внутреннюю пограничную мембрану. [10] и в меньшей степени во внутреннем и внешнем плексиформных слоях. [14]

AQP4 также экспрессируется в астроцитах и ​​активируется прямым повреждением центральной нервной системы . [15] В частности, в центральной нервной системе (ЦНС) AQP4 можно найти вдоль спинного мозга и служит основным водным каналом. [6] Каналы AQP4 высоко сконцентрированы в гематоэнцефалическом барьере (ГЭБ), а также в других барьерах спинномозговой жидкости. [16]

В почках AQP4 в основном обнаруживается во внутреннем мозговом веществе и практически не присутствует во внешнем мозговом веществе и коре. [17] Он конститутивно экспрессируется в базолатеральной клеточной мембране основных клеток собирательных трубочек и обеспечивает путь для выхода воды из этих клеток. [18]

Общая функция аквапорина-4 заключается в обеспечении быстрой транспортировки воды, а также в поддержании гомеостатического баланса в центральной нервной системе. Этот канал может транспортировать воду со скоростью 3E9 молекул в секунду. [7] Это основной белок водных каналов, который регулирует гомеостаз воды в ЦНС. [6] AQP4 может участвовать в различных физиологических процессах, таких как удаление отходов ( глимфатическая система ) и тонкая настройка гомеостаза калия. [16] AQP4 способствует поступлению воды в головной или спинной мозг и из них. [6] Здесь каналы AQP4 пассивно реагируют на осмотические градиенты. Кроме того, они играют роль в транспорте воды в мозге, миграции клеток, отеке мозга, метаболизме и клеточном гомеостазе. [19]

Другие системы также регулируются AQP4. Во внутреннем ухе основная роль заключается в обеспечении осмотического баланса в поддержке клеток эпителия в кортиевом органе путем рециркуляции K. + . [10] Другая специфическая роль, которую играет AQP4, заключается в том, чтобы помочь молекулам запаха связываться с целевыми рецепторами и связывающими белками в обонятельном эпителии. [10] В сетчатке роль AQP-4 заключается в поддержании гомеостаза. [10] Аквапорин-4 необходим для формирования памяти, а также синаптической пластичности . [16] Другими функциями, в которых участвует аквапорин-4, являются синаптическая пластичность, миграция астроцитов, регуляция объема внеклеточного пространства и гомеостаз калия. [16]

Клиническое значение

[ редактировать ]

Состояние, известное как оптиконевромиелит , NMO, представляет собой редкое демиелинизирующее воспалительное заболевание ЦНС, которое в первую очередь поражает зрительные нервы и спинной мозг людей. [20] Аквапорин-4 является преобладающей аутоиммунной мишенью при 2/3 зрительного нейромиелита, а более высокие уровни аутоантител к AQP4 связаны с возникновением неврита зрительного нерва (ОН). [21] однако титр AQP4-IgG в сыворотке лишь умеренно отражает активность заболевания, тяжесть или неврологический прогноз. [22] Специфические аутоантитела AQP4 IgG , или NMO-IgG, связываются с внеклеточной поверхностью AQP4. [12] Эта привязка открывает возможности для разработки таргетной терапии в НМО. [12] Вариантами терапии являются иммуносупрессия , например кортикостероиды и иммунодепрессанты азатиоприна , иммуномодуляция и плазмаферез. [12] Недавно у пациентов с NMO были обнаружены сывороточные антитела (анти-AQP4), которые в настоящее время используются для диагностики этого состояния. [8]

Другим клинически значимым значением AQP4 в организме человека является его роль в регуляции спинномозговой жидкости (СМЖ) в желудочках . В желудочках головного мозга AQP4 может использоваться для удаления избытка спинномозговой жидкости при таких состояниях, как гидроцефалия . [19] Первичное лечение людей с гидроцефалией заключается в установке механических шунтов в желудочки для оттока лишней жидкости. При дальнейших исследованиях роли AQP4 возможно будет модифицировать систему активации этих каналов в человеческом организме, чтобы помочь в реабсорбции спинномозговой жидкости без необходимости использования физически инвазивных методов лечения. [19]

Исследовать

[ редактировать ]

Основываясь на исследованиях на животных моделях, аквапорин-4 может играть роль в ряде других заболеваний, включая болезнь Альцгеймера , боковой амиотрофический склероз , болезнь Паркинсона , рассеянный склероз и эпилепсию , и, по-видимому, играет роль в патологическом ответе на черепно-мозговую травму и инсульт. . [16]

На моделях грызунов AQP4, по-видимому, играет роль как в развитии, так и в разрешении отека мозга , который возникает после травмы, такой как ЧМТ или инсульт, а также вокруг опухолей головного мозга. [8] [13] По сравнению с мышами дикого типа у мышей с двойным нокаутом наблюдалось различное течение заболеваний после травмы головного мозга. [16] Это указывало на снижение внутричерепного давления, гибель клеток, накопление воды, астроглиоз и объем поражения. [16] Экспрессия аквапорина 4 зависит от стадии заболевания ЧМТ. [16] На острой стадии ЧМТ недостаток аквапорина 4 приводит к уменьшению удаления избыточной воды, тогда как на более поздней стадии ЧМТ приводит к предотвращению серьезных повреждений и отеков. [16]

У людей, страдающих болезнью Альцгеймера, в артериях головного мозга иногда образуются амилоидные бляшки — это состояние называется церебральной амилоидной ангиопатией или ЦАА. Исследования на животных показали, что тяжесть CAA увеличивается или уменьшается в зависимости от экспрессии аквапорина-4. При снижении AQP4 тяжесть ВГА увеличивается и наоборот; неизвестно, что вызывает изменения в уровнях экспрессии AQP4, является ли это частью процесса заболевания или попыткой мозга адаптироваться. [16] На животных моделях бокового амиотрофического склероза AQP4 сверхэкспрессируется в стволе головного мозга, коре головного мозга и сером веществе спинного мозга, что приводит к набуханию астроцитов; причина этого не понятна. [16]

У нокаутных мышей наблюдаются проблемы с познанием; происходит нарушение консолидации памяти, а также нарушение между приобретением памяти, пространственным распознаванием и памятью о том, где находился объект после его перемещения. [16]

  1. ^ Jump up to: а б с GRCh38: Версия Ensembl 89: ENSG00000171885 Ensembl , май 2017 г.
  2. ^ Jump up to: а б с GRCm38: выпуск Ensembl 89: ENSMUSG00000024411 Ensembl , май 2017 г.
  3. ^ «Ссылка на Human PubMed:» . Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
  4. ^ «Ссылка на Mouse PubMed:» . Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
  5. ^ Юнг Дж.С., Бхат Р.В., Престон ГМ, Гуджино В.Б., Барабан Дж.М., Агре П. (декабрь 1994 г.). «Молекулярная характеристика кДНК аквапорина из мозга: кандидат в осморецепторы и регулятор водного баланса» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 91 (26): 13052–6. Бибкод : 1994PNAS...9113052J . дои : 10.1073/pnas.91.26.13052 . ПМК   45579 . ПМИД   7528931 .
  6. ^ Jump up to: а б с д и ж г Оклински М.К., Сковронски М.Т., Сковронска А., Рютцлер М., Норгаард К., Ниланд Дж.Д. и др. (декабрь 2016 г.). «Аквапорины в спинном мозге» . Международный журнал молекулярных наук . 17 (12): 2050. doi : 10.3390/ijms17122050 . ПМК   5187850 . ПМИД   27941618 .
  7. ^ Jump up to: а б с Хэлси, Андреа; Коннер, Алекс; Билл, Рослин; Логан, Энн; Ахмед, Зубайр (18 октября 2018 г.). «Аквапорины и их регуляция после травмы спинного мозга» . Клетки . 7 (10): 174. doi : 10.3390/cells7100174 . ISSN   2073-4409 . ПМК   6210264 . ПМИД   30340399 .
  8. ^ Jump up to: а б с Саадун С., Пападопулос MC (июль 2010 г.). «Аквапорин-4 при отеках головного и спинного мозга». Нейронаука . 168 (4): 1036–46. doi : 10.1016/j.neuroscience.2009.08.019 . ПМИД   19682555 . S2CID   7117939 .
  9. ^ Хаббард, Жаклин А.; Сюй, Майк С.; Селдин, Маркус М.; Биндер, Девин К. (15 октября 2015 г.). «Экспрессия аквапорина-4 водного канала астроцитов в мозге мыши» . АСН Нейро . 7 (5): 175909141560548. doi : 10.1177/1759091415605486 . ISSN   1759-0914 . ПМЦ   4623559 . ПМИД   26489685 .
  10. ^ Jump up to: а б с д и ж Глейзер С., Вагнер А., Фаллиер-Беккер П., Вольбург Х., Хирт Б., Мак А.Ф. (август 2016 г.). «Аквапорин-4 в астроглиальных клетках ЦНС и поддерживающих клетках органов чувств – сравнительная перспектива» . Международный журнал молекулярных наук . 17 (9): 1411. doi : 10.3390/ijms17091411 . ПМК   5037691 . ПМИД   27571065 .
  11. ^ Jump up to: а б Мадер, Симона; Бримберг, Лиор (27 января 2019 г.). «Водный канал аквапорина-4 в мозге и его значение для здоровья и болезней» . Клетки . 8 (2): 90. дои : 10,3390/cells8020090 . ISSN   2073-4409 . ПМК   6406241 . ПМИД   30691235 .
  12. ^ Jump up to: а б с д и ж г Веркман А.С., Фуан П.В., Асавапанумас Н., Традтрантип Л. (ноябрь 2013 г.). «Биология AQP4 и антитела против AQP4: терапевтическое значение для NMO» . Патология головного мозга . 23 (6): 684–95. дои : 10.1111/bpa.12085 . ПМК   3890327 . ПМИД   24118484 .
  13. ^ Jump up to: а б с Чу Х., Хуан С., Дин Х., Донг Дж., Гао З., Ян Х. и др. (август 2016 г.). «Аквапорин-4 и цереброваскулярные заболевания» . Международный журнал молекулярных наук . 17 (8): 1249. doi : 10.3390/ijms17081249 . ПМК   5000647 . ПМИД   27529222 .
  14. ^ Нагельхус Э.А., Веруки М.Л., Торп Р., Хауг Ф.М., Лааке Дж.Х., Нильсен С. и др. (апрель 1998 г.). «Белок водного канала аквапорин-4 в сетчатке и зрительном нерве крысы: поляризованная экспрессия в клетках Мюллера и фиброзных астроцитах» . Журнал неврологии . 18 (7): 2506–19. doi : 10.1523/JNEUROSCI.18-07-02506.1998 . ПМК   6793100 . ПМИД   9502811 .
  15. ^ Нагельхус Э.А., Матисен Т.М., Оттерсен О.П. (2004). «Аквапорин-4 в центральной нервной системе: клеточное и субклеточное распределение и коэкспрессия с KIR4.1» . Нейронаука . 129 (4): 905–13. doi : 10.1016/j.neuroscience.2004.08.053 . ПМИД   15561407 . S2CID   46376911 .
  16. ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л Хаббард Дж.А., Сзу Дж.И., Биндер Д.К. (январь 2018 г.). «Роль аквапорина-4 в синаптической пластичности, памяти и заболеваниях». Бюллетень исследований мозга . 136 : 118–129. дои : 10.1016/j.brainresbull.2017.02.011 . ПМИД   28274814 . S2CID   3970706 .
  17. ^ Террис, Дж.; Эсельбаргер, Калифорния; Марплс, Д.; Кнеппер, Массачусетс; Нильсен, С. (1 декабря 1995 г.). «Распределение экспрессии водных каналов аквапорина-4 в почках крысы». Американский журнал физиологии. Почечная физиология . 269 ​​(6): Ф775–Ф785. дои : 10.1152/ajprenal.1995.269.6.f775 . ISSN   1931-857X . ПМИД   8594871 .
  18. ^ Агре П., Нильсен С. (1996). «Семейство аквапоринов водных каналов в почках». Нефрология . 17 (7): 409–15. ПМИД   8987045 .
  19. ^ Jump up to: а б с Десаи Б., Сюй Ю., Шнеллер Б., Хоббс Дж.Г., Мехта А.И., Линнингер А. (сентябрь 2016 г.). «Гидроцефалия: роль церебральных каналов аквапорина-4 и аспекты компьютерного моделирования спинномозговой жидкости» . Нейрохирургический фокус . 41 (3): Е8. дои : 10.3171/2016.7.FOCUS16191 . ПМИД   27581320 .
  20. ^ Яриус С., Вильдеманн Б. (ноябрь 2013 г.). «Антитела к аквапорину-4 (NMO-IgG) как серологический маркер оптикомиелита: критический обзор литературы» . Патология головного мозга . 23 (6): 661–83. дои : 10.1111/bpa.12084 . ПМЦ   8028894 . ПМИД   24118483 . S2CID   11007411 .
  21. ^ Исобе Н., Ёнекава Т., Мацусита Т. и др. (ноябрь 2012 г.). «Количественные анализы антител к аквапорину-4 с анализом подклассов при оптикомиелите». Рассеянный склероз . 18 (11): 1541–51. дои : 10.1177/1352458512443917 . ПМИД   22526930 . S2CID   206699115 .
  22. ^ Исобе Н., Ёнекава Т., Мацусита Т. и др. (май 2013 г.). «Клиническая значимость уровней антител к аквапорину-4 в сыворотке крови при оптикомиелите». Нейрохимические исследования . 38 (5): 997–1001. дои : 10.1007/s11064-013-1009-0 . ПМИД   23456674 . S2CID   18623455 .

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: ed0db295af700e9dabdf72b13ededc3c__1713389220
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/ed/3c/ed0db295af700e9dabdf72b13ededc3c.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Aquaporin-4 - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)