Chlorid draselný symporter 5 - Chloride potassium symporter 5

SLC12A5
Identifikátory
AliasySLC12A5, KCC2, chlorid draselný symporter 5, EIEE34, EIG14, hKCC2, rodina nosičů rozpuštěných látek 12 členů 5
Externí IDOMIM: 606726 MGI: 1862037 HomoloGene: 10665 Genové karty: SLC12A5
Umístění genu (člověk)
Chromozom 20 (lidský)
Chr.Chromozom 20 (lidský)[1]
Chromozom 20 (lidský)
Genomické umístění pro SLC12A5
Genomické umístění pro SLC12A5
Kapela20q13.12Start46,021,690 bp[1]
Konec46,060,152 bp[1]
Exprese RNA vzor
PBB GE SLC12A5 210040 na fs.png
Další údaje o referenčních výrazech
Ortology
DruhČlověkMyš
Entrez

57468

57138

Ensembl

ENSG00000124140

ENSMUSG00000017740

UniProt

Q9H2X9

Q91V14

RefSeq (mRNA)

NM_020708
NM_001134771

NM_020333
NM_001355480
NM_001355481

RefSeq (protein)

NP_001128243
NP_065759

NP_065066
NP_001342409
NP_001342410

Místo (UCSC)Chr 20: 46,02 - 46,06 MbChr 2: 164,96 - 165 Mb
PubMed Vyhledávání[3][4]
Wikidata
Zobrazit / upravit člověkaZobrazit / upravit myš

Člen transportéru chloridu draselného 5 (aka: KCC2 a SLC12A5) je neuronově specifický chlorid draselný symporter zodpovědný za stanovení gradientu chloridových iontů v neuronech udržováním nízkých intracelulárních koncentrací chloridů.[5] Je kritickým prostředníkem synaptická inhibice, buněčná ochrana proti excitotoxicita[6][7] a může také působit jako modulátor neuroplasticity.[8][9][10][11] Člen transportéru chloridu draselného 5 je také znám pod jmény: KCC2 (chlorid draselný kotransporter 2) pro své iontové substráty a SLC12A5 pro svůj genetický původ z SLC12A5 gen u lidí.[5]

Zvířata se sníženou expresí tohoto transportéru vykazují závažné motorické deficity, epileptiformní aktivita a spasticita.[8] KCC2 vyřazovací zvířata, kde KCC2 zcela chybí, zemřou postnatálně v důsledku selhání dýchání.[8]

Umístění

KCC2 je neuronově specifický membránový protein exprimovaný v celém centrální nervový systém, včetně hipokampu, hypotalamu, mozkového kmene a motoneuronů ventrální míchy.[10]

Na subcelulární úrovni byl KCC2 nalezen v membránách somata a dendrity neuronů,[8][12] bez důkazu výrazu na axony.[8] Bylo také prokázáno, že KCC2 se kolokalizuje s GABAA receptory, které slouží jako iontové kanály řízené ligandem, které umožňují pohyb chloridových iontů přes buněčnou membránu. Za normálních podmínek otevření GABAA Receptory umožňují hyperpolarizačnímu přílivu chloridových iontů inhibovat postsynaptické neurony před pálením.[7]

Counterintuitively, KCC2 také bylo prokázáno, že kolokalizovat na excitační synapse.[6] Jedním z navrhovaných vysvětlení takové kolokalizace je potenciální ochranná role KCC2 proti excitotoxicitě.[6][7] Příliv iontů v důsledku excitační synaptické stimulace iontových kanálů v neuronální membráně způsobuje osmotické otoky buněk, když je voda nasávána vedle iontů. KCC2 může pomoci eliminovat přebytečné ionty z buňky, aby se obnovila osmotický homeostáza.

Struktura

KCC2 je členem kationchloridový kotransporter (CCC) nadrodina proteinů.[13]

Stejně jako u všech proteinů CCC je KCC2 integrální membránový protein s 12 transmembránovými doménami a N- i C-koncovými cytoplazmatickými doménami. Koncové cytoplazmatické domény mohou být fosforylovány pomocí kinázy uvnitř neuronu pro rychlou regulaci.

Dvě izoformy: KCC2a, KCC2b

Existují dvě izoformy KCC2: KCC2a a KCC2b.[8][14] Tyto dvě izoformy vznikají z alternativy promotéři na SLC12A5 gen a diferenciální sestřih prvního exonu mRNA.[8][14] Izoformy se liší svými N-konci, přičemž forma KCC2a tvoří větší ze dvou variant sestřihu.[15]

Hladiny KCC2a zůstávají během pre- a postnatálního vývoje relativně konstantní.[15]

Na druhé straně je KCC2b sotva přítomný během prenatálního vývoje a během postnatálního vývoje je silně upregulován. Upregulace exprese KCC2b je považována za zodpovědnou za „vývojový posun“ pozorovaný u savců od depolarizujících postsynaptických účinků inhibičních synapsí v časných neuronových sítích k hyperpolarizujícím účinkům ve zralých neuronových sítích.[8]

KCC2b knockoutované myši mohou přežít až do postnatálního dne 17 (P17) v důsledku přítomnosti samotného funkčního KCC2a, ale vykazují nízkou tělesnou hmotnost, motorické deficity a generalizované záchvaty.[8] Kompletní knockouty KCC2 (chybí jak KCC2a, tak KCC2b) umírají po narození v důsledku selhání dýchání.[8]

Oligomerizace

Obě izoformy KCC2 mohou tvořit homomultimery nebo heteromultimery s jinými K-Cl sympatizanti na buněčné membráně k udržení homeostázy chloridů v neuronech.[5] V neuronech mozkových kmenů byly identifikovány dimery, trimery a tetramery zahrnující KCC2.[16] Oligomerizace může hrát důležitou roli ve funkci a aktivaci transportéru, protože bylo pozorováno, že poměr oligomer ke monomeru se zvyšuje v korelaci s vývojem gradientu chloridových iontů v neuronech.[16]

Vývojové změny výrazu

Úrovně KCC2 jsou nízké během embryonálního vývoje savců, kdy se stále vytvářejí neurální sítě a neurony jsou vysoce plastické (proměnlivé). Během této fáze jsou koncentrace intracelulárních chloridových iontů vysoké kvůli nízké expresi KCC2 a vysokým hladinám transportéru známého jako NKCC1 (Na+/ K.+ chloridový kotransporter 1), který přesouvá chloridové ionty do buněk.[17] Během embryonálního vývoje je tedy chloridový gradient takový, že stimuluje GABAA receptory a receptory glycinu na inhibičních synapsích způsobí, že z buněk vytékají chloridové ionty, čímž je vnitřní neuronální prostředí méně negativní (tj. depolarizovaný ), než by to bylo v klidu. V této fázi GABAA receptory a receptory glycinu působí spíše jako excitační než inhibiční efektory na postsynaptické neurony, což vede k depolarizaci a hyperexcitabilitě neuronových sítí.[8][10][11]

Během postnatálního vývoje jsou hladiny KCC2 silně regulovány, zatímco hladiny NKCC1 jsou regulovány dolů.[17] Tato změna exprese koreluje s vývojovým posunem koncentrace chloridových iontů v neuronech z vysoké na nízkou intracelulární koncentraci. Účinně, jak se snižuje koncentrace chloridových iontů, je chloridový gradient přes buněčnou membránu obrácen tak, že GABAA Stimulace receptoru a receptoru glycinu způsobuje příliv chloridových iontů, což činí vnitřní neuronální prostředí negativnějším (tj. více hyperpolarizovaný ), než by to bylo v klidu. Jedná se o vývojový posun inhibičních synapsí z excitačních postsynaptických odpovědí rané fáze nervového vývoje na inhibiční postsynaptické reakce pozorované po celou dobu dospělosti.

Funkce

Současná literatura naznačuje, že KCC2 plní tři primární role v neuronech:

  1. Stanovení gradientu chloridových iontů nezbytného pro postsynaptickou inhibici
  2. Ochrana neuronových sítí před stimulací vyvolanou excitotoxicitou
  3. Přispívá k morfogenezi dendritické páteře a glutamatergické synaptické funkci

Postsynaptická inhibice

KCC2 je draslík (K.+) / chlorid (Cl−) symporter, který udržuje chloridovou homeostázu v neuronech. Elektrochemický chloridový gradient stanovený aktivitou KCC2 je zásadní pro klasickou postsynaptickou inhibici prostřednictvím GABAA receptory a receptory glycinu v centrálním nervovém systému. KCC2 využívá gradient draslíku generovaný Na+/ K.+ čerpadlo řídit vytlačování chloridů z neuronů.[8] Ve skutečnosti jakékoli narušení neuronální K.+ gradient by nepřímo ovlivnil aktivitu KCC2.

Ztráta KCC2 po poškození neuronů (tj. ischemie, poškození míchy, fyzické trauma centrálního nervového systému) vede ke ztrátě inhibiční regulace a následnému rozvoji neuronální hyperexcitability, motorické spasticity a záchvatovité aktivity[10] jako GABAA receptory a receptory glycinu přecházejí z hyperpolarizujících na depolarizující postsynaptické účinky.

Buněčná ochrana

Vysoká úroveň stimulace a následný příliv iontů aktivovanými iontovými kanály může mít za následek buněčné otoky, protože osmoticky nutná voda je spolu s iontovými rozpuštěnými látkami nasávána do neuronů. Tento jev je znám jako excitotoxicita.[6] Ukázalo se, že KCC2 je aktivován bobtnáním buněk, a může proto hrát roli při eliminaci přebytečných iontů po obdobích vysoké stimulace, aby se udržel rovnovážný stav neuronů a zabránilo se prasknutí buněk.[6]

Tato role může také odpovídat za skutečnost, že je známo, že KCC2 kolokalizuje téměř excitační synapse, i když jeho primární rolí je stanovení chloridového gradientu pro postsynaptickou inhibici.[6][7]

Morfogeneze a funkce glutamatergických synapsí

Kromě kontroly účinnosti GABAergních synapsí prostřednictvím chloridové homeostázy hraje KCC2 zásadní roli v morfogenezi a funkci glutamátergních synapsí v centrálním nervovém systému. Studie o hipokampální tkáň u zvířat s knockoutem KCC2 ukázala, že neurony postrádající KCC2 mají zastavený dendritický růst a malformované dendritické trny.[8] Nedávné studie ukazují, že KCC2 hraje zásadní roli ve struktuře a funkci dendritických trnů[9] které hostují většinu excitačních synapsí v kortikálních neuronech. Interakcí s aktinovým cytoskeletem tvoří KCC2 molekulární bariéru pro difúzi transmembránových proteinů v dendritických trnech, čímž reguluje lokální omezení AMPA receptorů a synaptickou účinnost.[9]

Bylo navrženo, že downregulace KCC2 pozorovaná po neuronálním traumatu a následný depolarizační posun GABAAzprostředkované synapse, mohou být aspektem neuronové de-diferenciace. De-diferenciace poškozených částí nervového systému by to umožnila neuronové sítě vrátit se k vyšším úrovním plasticity za účelem přepojení přežívajících neuronů, aby se kompenzovalo poškození v síti.[8][10][11] Kromě toho může snížený glutamátergický přenos po downregulaci KCC2 sloužit jako homeostatický proces pro kompenzaci sníženého přenosu GABA v důsledku změněného vytlačování chloridů.[9]

Onkogeneze

Mutace v SLC12A5 jsou spojeny s rakovina tlustého střeva.[18]

Nařízení

Transkripční regulace: signalizace receptoru TrkB

KCC2 je transkripčně downregulován po poranění centrálního nervového systému Receptor TrkB signální transdukční kaskáda (aktivována BDNF a NT-4/5 ).[19][20][21]

Posttranslační regulace: fosforylace

Obvykle se předpokládá, že fosforylace inaktivuje nebo downreguluje KCC2, avšak v současné době existují důkazy, které naznačují, že fosforylace na různých místech proteinu KCC2 určuje různé regulační výsledky:

  • Wnk1 /Wnk3 a tyrosinkináza (tj. TrkB ) fosforylace snižuje aktivitu KCC2.[19][20][21][22]
  • PKC fosforylace zbytku Ser940 na C-konci proteinu KCC2 zvyšuje aktivitu KCC2 zvýšením povrchové stability.[8] Naopak, defosforylace Ser940 vede ke zvýšené difúzi membrány a endocytóze KCC2.[23]

KCC2 má extrémně vysokou rychlost obratu v plazmalemmě (minuty),[8] což naznačuje, že fosforylace slouží jako primární mechanismus pro rychlou regulaci.

Downregulace závislá na činnosti

KCC2 je downregulován excitační glutamátovou aktivitou na NMDA receptor aktivita a Ca2+ příliv.[11][22] Tento proces zahrnuje rychlou defosforylaci na Ser940 a štěpení KCC2 proteázou calpainem, což vede ke zvýšené difúzi membrány a endocytóze transportéru,[23] jak bylo prokázáno při použití experimentů sledování jednotlivých částic.

K uvolňování glutamátu dochází nejen při excitačních synapsích, ale je také známo, že k němu dochází po poškození neuronů nebo ischemickém poškození.[11] Down-regulace závislá na aktivitě tedy může být základním mechanismem, kterým dochází k downregulaci KCC2 po poranění centrálního nervového systému.

Viz také

Reference

  1. ^ A b C GRCh38: Vydání souboru 89: ENSG00000124140 - Ensembl, Květen 2017
  2. ^ A b C GRCm38: Vydání souboru 89: ENSMUSG00000017740 - Ensembl, Květen 2017
  3. ^ „Human PubMed Reference:“. Národní centrum pro biotechnologické informace, Americká národní lékařská knihovna.
  4. ^ „Myš PubMed Reference:“. Národní centrum pro biotechnologické informace, Americká národní lékařská knihovna.
  5. ^ A b C „Entrez Gene: SLC12A5 skupina nosičů rozpuštěných látek 12, (transportér chloridu draselného), člen 5“.
  6. ^ A b C d E F Watanabe M, Wake H, Moorhouse AJ, Nabekura J (říjen 2009). "Shlukování neuronů K.+-Cl− kotransportéři v lipidových raftech fosforylací tyrosinu ". J. Biol. Chem. 284 (41): 27980–8. doi:10.1074 / jbc.M109.043620. PMC  2788850. PMID  19679663.
  7. ^ A b C d Gulyás AI, Sík A, Payne JA, Kaila K, Freund TF (červen 2001). „Kotransportér KCl, KCC2, je vysoce exprimován v blízkosti excitačních synapsí v hipokampu krysy.“ Eur. J. Neurosci. 13 (12): 2205–17. doi:10.1046 / j.0953-816x.2001.01600.x. PMID  11454023. S2CID  22312687.
  8. ^ A b C d E F G h i j k l m n Ó str Blaesse P, Airaksinen MS, Rivera C, Kaila K (březen 2009). "Kation-chlor kotransportéry a neuronální funkce". Neuron. 61 (6): 820–38. doi:10.1016 / j.neuron.2009.03.003. PMID  19323993. S2CID  10181096.
  9. ^ A b C d Gauvain G, Chamma I, Chevy Q, Cabezas C, Irinopoulou T, Bodrug N, Carnaud M, Lévi S, Poncer JC (září 2011). „Neuronální K-Cl kotransporter KCC2 ovlivňuje obsah postsynaptického AMPA receptoru a boční difúzi v dendritických trnech“. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 108 (37): 15474–9. doi:10.1073 / pnas.1107893108. PMC  3174661. PMID  21878564.
  10. ^ A b C d E Vinay L, Jean-Xavier C (leden 2008). "Plastickost míchových pohybových sítí a příspěvek kationchloridových kotransporterů". Brain Res Rev. 57 (1): 103–10. doi:10.1016 / j.brainresrev.2007.09.003. PMID  17949820. S2CID  30698999.
  11. ^ A b C d E Ginsberg MD (září 2008). „Neuroprotekce na ischemickou cévní mozkovou příhodu: minulost, přítomnost a budoucnost“. Neurofarmakologie. 55 (3): 363–89. doi:10.1016 / j.neuropharm.2007.12.007. PMC  2631228. PMID  18308347.
  12. ^ Báldi R, Varga C, Tamás G (říjen 2010). „Diferenciální distribuce KCC2 podél axo-somato-dendritické osy hlavních buněk hipokampu“. Eur. J. Neurosci. 32 (8): 1319–25. doi:10.1111 / j.1460-9568.2010.07361.x. PMID  20880357. S2CID  11676308.
  13. ^ Lee HH, Walker JA, Williams JR, Goodier RJ, Payne JA, Moss SJ (říjen 2007). „Přímá fosforylace závislá na proteinkináze C reguluje stabilitu a aktivitu buněčného povrchu kotransportéru chloridu draselného KCC2“. J. Biol. Chem. 282 (41): 29777–84. doi:10,1074 / jbc.M705053200. PMID  17693402.
  14. ^ A b Stil A, Jean-Xavier C, Liabeuf S, Brocard C, Delpire E, Vinay L, Viemari JC (duben 2011). „Příspěvek kotransportéru chloridu draselného KCC2 k modulaci bederních spinálních sítí u myší“. Eur. J. Neurosci. 33 (7): 1212–22. doi:10.1111 / j.1460-9568.2010.07592.x. PMID  21255132. S2CID  9309418.
  15. ^ A b Uvarov P, Ludwig A, Markkanen M, Soni S, Hübner CA, Rivera C, Airaksinen MS (květen 2009). „Koexprese a heteromerizace dvou neuronálních izoforem kotransportéru K-Cl v mozku novorozence“. J. Biol. Chem. 284 (20): 13696–704. doi:10,1074 / jbc.M807366200. PMC  2679471. PMID  19307176.
  16. ^ A b Blaesse P, Guillemin I, Schindler J, Schweizer M, Delpire E, Khiroug L, Friauf E, Nothwang HG (říjen 2006). „Oligomerizace KCC2 koreluje s vývojem inhibiční neurotransmise“. J. Neurosci. 26 (41): 10407–19. doi:10.1523 / JNEUROSCI.3257-06.2006. PMC  6674702. PMID  17035525.
  17. ^ A b Stil A, Liabeuf S, Jean-Xavier C, Brocard C, Viemari JC, Vinay L (prosinec 2009). "Vývojová upregulace kotransportéru chloridu draselného typu 2 v bederní míchě krysy". Neurovědy. 164 (2): 809–21. doi:10.1016 / j.neuroscience.2009.08.035. PMID  19699273. S2CID  41738829.
  18. ^ Yu, C; Yu, J; Yao, X; Wu, W. K .; Lu, Y; Tang, S; Li, X; Bao, L; Li, X; Hou, Y; Wu, R; Jian, M; Chen, R; Zhang, F; Xu, L; Ventilátor, F; On, J; Liang, Q; Wang, H; Hu, X; On, M; Zhang, X; Zheng, H; Li, Q; Wu, H; Chen, Y; Yang, X; Zhu, S; Xu, X; et al. (2014). „Objev biklonálního původu a nového onkogenu SLC12A5 v rakovině tlustého střeva jednobuněčným sekvenováním“. Cell Research. 24 (6): 701–12. doi:10.1038 / cr.2014.43. PMC  4042168. PMID  24699064.
  19. ^ A b Rivera C, Li H, Thomas-Crusells J, Lahtinen H, Viitanen T, Nanobashvili A, Kokaia Z, Airaksinen MS, Voipio J, Kaila K, Saarma M (prosinec 2002). „Aktivace TrkB vyvolaná BDNF reguluje K dolů+-Cl− kotransporter KCC2 a narušuje neuronální Cl− vytlačování ". J. Cell Biol. 159 (5): 747–52. doi:10.1083 / jcb.200209011. PMC  2173387. PMID  12473684.
  20. ^ A b Rivera C, Voipio J, Thomas-Crusells J, Li H, Emri Z, Sipilä S, Payne JA, Minichiello L, Saarma M, Kaila K (květen 2004). „Mechanism of activity-dependent downregulation of the neuron-specific K-Cl kotransporter KCC2“. J. Neurosci. 24 (19): 4683–91. doi:10.1523 / JNEUROSCI.5265-03.2004. PMC  6729393. PMID  15140939.
  21. ^ A b Kovalchuk Y, Holthoff K, Konnerth A (říjen 2004). "Neurotrophin akce v rychlém časovém měřítku". Curr. Opin. Neurobiol. 14 (5): 558–63. doi:10.1016 / j.conb.2004.08.014. PMID  15464888. S2CID  41037789.
  22. ^ A b Lee HH, Deeb TZ, Walker JA, Davies PA, Moss SJ (květen 2011). „Aktivita NMDA receptoru downreguluje KCC2, což vede k depolarizaci proudů zprostředkovaných GABA (A) receptory“. Nat Neurosci. 14 (6): 736–43. doi:10.1038 / nn.2806. PMC  3102766. PMID  21532577.
  23. ^ A b Chamma I, Heubl M, Chevy Q, Renner M, Moutkine I, Eugène E, Poncer JC, Lévi S (září 2013). "Regulace závislá na aktivitě K / Cl transportéru KCC2 membránové difúze, shlukování a funkce v hipokampálních neuronech". J. Neurosci. 33 (39): 15488–503. doi:10.1523 / JNEUROSCI.5889-12.2013. PMC  6618451. PMID  24068817.

Další čtení

externí odkazy

Tento článek včlení text z United States National Library of Medicine, který je v veřejná doména.