Калієвий канал, керований напругою Kv1

Jianchao Xu, Pandelakis A. Koni, Peili Wang, Guoyong Li, Leonard Kaczmarek, Yanling Wu, Yanyan Li, Richard A. Flavell, Gary V. Desir, Напружений калієвий канал Kv1.3 регулює енергетичний гомеостаз і масу тіла, Людина Молекулярна генетика, том 12, випуск 5, 1 березня 2003 року, сторінки 551–559, https://doi.org/10.1093/hmg/ddg049

калієвий

Анотація

Калієві (Kv) канали, керовані напругою, регулюють потенціал клітинної мембрани та контролюють різноманітні клітинні процеси. Канали Kv1.3 експресуються в декількох тканинах, і, як вважають, вони беруть участь у регуляції об’єму клітин, апоптозі, активації Т-клітин та гомеостазі розчиненої нирки. Дослідження мишей з дефіцитом Kv1.3 (Kv1.3 -/-), генерованих шляхом генного націлювання, виявило невизнану раніше роль Kv1.3 у регуляції маси тіла. Дійсно, миші Kv1.3 -/- важать значно менше, ніж контрольні одноплідники. Більше того, нокаутовані миші захищені від ожиріння, спричиненого дієтою, і набирають значно меншу вагу, ніж контролюючі однобійники, коли вони отримують дієту з високим вмістом жиру. Хоча споживання їжі не відрізнялося суттєво між Kv1,3 -/- та контролем, базальний рівень метаболізму, виміряний у спокої непрямою калориметрією, був значно вищим у нокаутованих тварин. Ці дані вказують на те, що канали Kv1.3 можуть брати участь у шляхах, що регулюють масу тіла, і що інгібування каналів збільшує базальний рівень метаболізму.

ВСТУП

Напружені калієві (Kv) канали - це різноманітна група мембранних білків, які регулюють потенціал клітинної мембрани. Kv1.3, член сімейства шейкерних каналів Kv, міститься у багатьох тканинах, включаючи нирки (1), лімфоцити (2–6), ЦНС (7), печінку, скелетні м’язи, яєчка та сперматозоїди (8), та остеокласти (9, 10). Він може брати участь у різноманітних клітинних функціях, включаючи апоптоз, регулювання об’єму клітин та стимуляцію Т-клітин (3, 4, 11, 12). Активність каналів регулюється сироватково-глюкокортикоїд-активованою кіназою (SGK), одним з основних медіаторів дії альдостерону на дистальний канальчик нирок (13). Протеїнкіназа C (PKC) збільшується (14), а тирозинкіназа (TK) пригнічує активність каналу Kv1.3 (15). У нейронах нюхової цибулини, де Kv1.3 опосередковує велику частку вимірюваного зовнішнього струму, його активність регулюється інсуліном за допомогою активації рецептора ТЗ (15, 16). Експерименти, спрямовані на сайт, спрямовані на мутагенез, вказують, що інсулін викликає фосфорилювання безлічі залишків тирозину в Kv1.3.

Роль сигналізації інсуліну в мозку недостатньо зрозуміла (17). Мозкові рецептори інсуліну знаходяться не тільки в нюховій цибулині, але також в судинному сплетенні, гіпокампі та дугоподібному ядрі гіпоталамуса. Гіпоталамус експресує GLUT4, чутливий до інсуліну транспортер глюкози, і є важливою сферою щодо контролю апетиту та витрат енергії (18). Він інтегрує різноманітні периферійні сигнали, включаючи лептин та інсулін, і передає відповідні повідомлення конкретним нейронам для збільшення або зменшення споживання їжі. В оптимальному варіанті споживання енергії дорівнює витраті енергії, і організм здатний підтримувати постійну масу тіла. Вихід енергії може сильно варіюватися, оскільки він складається не тільки з обов’язкової частини, що підтримує клітинні та органні функції (базальна швидкість метаболізму), але і з двох змінних компонентів, тобто адаптивного термогенезу та фізичної активності (19). Є дані, що гіпоталамус також модулює адаптивний термогенез. Молекулярні деталі цих взаємодій піддаються інтенсивному дослідженню, оскільки частота ожиріння досягла масштабів епідемії у розвинених країнах.

Незважаючи на великі дані щодо кінетичних та фармакологічних властивостей та регулювання Kv1.3, його фізіологічна роль (и) недостатньо зрозуміла. Однак ми знаємо, що канал експресується в гіпоталамусі (20) і що він регулюється інсуліном, і, отже, його можна розглядати як один із субстратів рецепторів інсуліну (IRS). Цікаво, що у мишей з нейроноспецифічним порушенням ІЧ-гена (миші NIRKO) розвивалося чутливе до дієти ожиріння із збільшенням рівня жиру та лептину в плазмі крові, м’якою інсулінорезистентністю, підвищеним рівнем інсуліну в плазмі та гіпертригліцеридемією, що свідчить про те, що ІЧ-сигналізація в ЦНС важливу роль у регулюванні утилізації енергії, обміну палива (21). Для вивчення фізіологічної ролі Kv1.3 in vivo, особливо для перевірки того, чи Kv1.3 служить IRS у контролі маси тіла та енергетичному гомеостазі, ми генерували мишей з дефіцитом Kv1.3 (Kv1.3 -/-), порушуючи Kv1 .3 локусу за допомогою гомологічної рекомбінації та досліджували їх фенотип.

РЕЗУЛЬТАТИ

Зниження маси тіла у мишей Kv1,3 -/-

На малюнку 1А зображена стратегія, яка застосовується для порушення локусу Kv1.3. Порушення генів було підтверджено за допомогою ПЛР та вестерн-блот (рис. 1В та С). Очікуване співвідношення Менделя спостерігали для мишей, народжених в результаті спарювання батьків-гетерозигот. Новонароджені миші Kv1.3 -/- здавались нормальними, не вимагали особливих запобіжних заходів для виживання та росту, і за зовнішнім виглядом та поведінкою їх не можна було відрізнити від однокласників дикого типу (Kv1.3 +/+).

Kv1.3 -/- тварини постійно важили менше, ніж контрольовані посліди, як показано на малюнку 2А, де самок мишей спостерігали в метаболічних клітинах протягом 35 днів, починаючи з 50-денного віку. Різниця у вазі також була відзначена у мишей-самців, що годувались парою (рис. 2Б). Довжини тіла не можна було розрізнити, як і структуру кісток, оцінену за допомогою двоенергетичного рентгенівського абсорбціометрічного сканування (DEXA). Хоча загальний вміст жиру в організмі, оцінений DEXA, був меншим у мишей Kv1,3 -/-, різниця не досягла статистичної значущості (Таблиця 1).

Підвищена базальна швидкість метаболізму у мишей Kv1,3 -/-

Вага тіла контролюється чистою різницею між споживанням та витратою енергії. Отже, ми виміряли споживання енергії, швидкість метаболізму та рівні активності у мишей Kv1.3 -/- для подальшого з’ясування ролі Kv1.3 у регуляції маси тіла. Істотних відмінностей у споживанні їжі між мишами Kv1.3 -/- та контрольними однолітками не було. На відміну від цього, базальна швидкість метаболізму (виміряна непрямою калориметрією з 11:00 до 16:00) була значно вищою у мишей Kv1,3 -/- (Таблиця 1). Більш високий рівень метаболізму мишей Kv1.3 -/- не можна пояснити зміною рівня фізичної активності, оскільки як нокаутовані миші, так і контрольні односмітники були такими ж активними протягом періоду спостереження (табл. 1).