Canales de cloruro | Anne Marie

Descripción general: Los canales de cloruro son un grupo funcional y estructuralmente diverso de canales selectivos de aniones involucrados en procesos que incluyen la regulación de la excitabilidad de las neuronas, el músculo esquelético, cardíaco y liso, la regulación del volumen celular, el transporte transepitelial de sales, la acidificación de los compartimentos internos y extracelulares, el ciclo celular y la apoptosis (revisado por Nilius y Droogmans, 2003). Excluyendo los receptores de GABA y glicina controlados por el transmisor (ver tablas separadas), los canales de cloruro bien caracterizados se pueden clasificar como ciertos miembros de la subfamilia ClC sensible al voltaje, canales activados por calcio, canales de conductancia alta (maxi), regulador de conductancia transmembrana de fibrosis quística (CFTR) y canales regulados por volumen (Verkman y Galietta, 2009). No existe recomendación oficial sobre la clasificación de los canales de cloruro. Se enumeran los canales funcionales de cloruro que se han clonado a partir de tejidos de mamíferos o que se han caracterizado dentro de ellos.Familia de ClC: La familia de CLC de mamíferos (revisada por Nilius y Droogmans, 2003; Chen, 2005; Dutzler, 2007; Jentsch, 2008) contiene nueve miembros que se dividen en tres grupos: ClC-1, ClC-2, hClC-Ka (rClC-K1) y hClC-Kb (rClC-K2); ClC-3 a ClC-5 y ClC-6 y -7. ClC-1 y ClC-2 son canales de cloruro de membrana plasmática, al igual que ClC-Ka y ClC-Kb (expresados en gran medida en el riñón) cuando se asocian con barttin (ENSG00000162399), una proteína de 320 aminoácidos 2TM (Estévez et al., 2001). La localización de CIC-3, ClC-4 y ClC-5 es probable que sea predominantemente intracelular, y los informes recientes indican que ClC-4, ClC-5 y ClC-7 (y por inferencia ClC-3 y ClC-6) funcionan como antiportadores Cl-/H+, en lugar de canales Cl clásicos (Picollo y Pusch, 2005; Scheel et al., 2005; Graves et al., 2008; revisado por Miller, 2006; Pusch et al., 2006). Se ha demostrado una ubicación intracelular para ClC – 6 y ClC-7 (revisado por Jentsch, 2008). El empalme alternativo aumenta la diversidad estructural dentro de la familia de ClC. Se ha descrito la estructura cristalina de dos canales bacterianos de ClC (Dutzler et al., 2002). Cada subunidad de ClC, con una topología compleja de 18 segmentos intramembrana, contribuye con un solo poro a un canal de ClC dimérico ‘de doble cañón’ que contiene dos poros independientes, confirmando las predicciones de investigaciones funcionales y estructurales previas (revisado por Chen, 2005; Pusch et al., 2006; Dutzler, 2007; Jentsch, 2008). Como se encontró para ClC-4, ClC-5 y ClC-7, el homólogo procariótico ClC (ClC-ec1) funciona como un antiportador H+/Cl, en lugar de como un canal iónico (Accardi y Miller, 2004).

Los canales ClC muestran la secuencia de permeabilidad Cl – > Br – > I-(a ph fisiológico); para ClC – 3 I – > Cl-también se ha afirmado. El ClC-1 tiene una probabilidad de apertura significativa en el potencial de membrana en reposo, representando el 75% de la conductancia de membrana en reposo en el músculo esquelético, y es importante para la estabilización del potencial de membrana. S-(-) CPP, A-9-C y ácido niflúmico actúan intracelularmente y exhiben un bloque fuertemente dependiente de voltaje con una fuerte inhibición a tensiones negativas y alivio del bloque a potenciales despolarizados (Liantonio et al., 2007 y revisado por Pusch et al., 2002). Es probable que la inhibición de ClC-2 por el péptido GaTx2, a partir del veneno de Leiurus quinquestriatus herbareus, ocurra a través de la inhibición de la apertura de canales, en lugar del bloqueo directo de canales abiertos (Thompson et al., 2009). Aunque el ClC – 2 se puede activar por hinchazón celular, no se corresponde con el canal de aniones regulado por volumen (VRAC) (ver a continuación). Las funciones fisiológicas potenciales alternativas para ClC-2 son revisadas por Planells-Cases y Jentsch (2009). La expresión funcional de ClC-Ka y CLC-Kb humanos requiere la presencia de barttin (Estévez et al., 2001; Scholl et al., 2006). El homólogo de roedores (ClC-K1) de ClC-Ka demuestra una expresión limitada como homómero, pero su función es mejorada por barttin que aumenta tanto la probablilidad de apertura de canal en el rango fisiológico de potenciales como la conductancia de canal único (Estévez et al., 2001; Scholl et al., 2006). ClC-Ka es aproximadamente de cinco a seis veces más sensible al bloqueo por 3-fenil-CPP y DID que ClC-Kb, mientras que los derivados de benzofurano recién sintetizados mostraron la misma afinidad de bloqueo (<10 µM) en ambas isoformas CLC-K (Liantonio et al., 2008). Las propiedades biofísicas y farmacológicas del ClC-3 y la relación de la proteína con el VRAC endógeno (véase Guan et al., 2006; Alekov y Fahlke, 2008) son controvertidos y se complican aún más por la posibilidad de que el ClC-3 pueda funcionar tanto como intercambiador Cl – /H+ como canal iónico (Picollo y Pusch, 2005; Wang et al., 2006; Alekov y Fahlke, 2008). Las propiedades funcionales tabuladas son las más consistentes con la estrecha relación estructural entre ClC-3, ClC-4 y ClC-5. La activación del ClC-3 expresado de forma heteróloga por la inflamación celular en respuesta a soluciones hipotónicas se discute, al igual que muchos otros aspectos de su regulación. CIC-4 puede operar en dos modos de transporte: un modo de deslizamiento en el que se comporta como un canal iónico y un modo de intercambiador en el que la velocidad de transporte unitaria es 10 veces menor (Alekov y Fahlke, 2009). ClC-7 se asocia con una subunidad β, Ostm1, que aumenta la estabilidad de la primera (Lange et al., 2006).

CFTR: CFTR, una proteína de tipo ABC de 12TM, es un canal Cl de membrana celular epitelial regulado por cAMP que participa en el transporte normal de fluidos a través de varios epitelios. La mutación más común en CFTR (es decir, el mutante de deleción, ΔF508) resulta en un tráfico alterado de CFTR y reduce su incorporación a la membrana plasmática causando fibrosis quística. Los canales que llevan la mutación ΔF508 que hacen tráfico a la membrana plasmática muestran defectos de apertura. Además de actuar como canal aniónico per se, el CFTR puede actuar como regulador de varias otras conductancias, incluida la inhibición del canal epitelial Na (ENaC), los canales de cloruro activado por calcio (CaCC) y VRAC, la activación del canal de cloruro rectificador externo (ORCC) y la mejora de la sensibilidad a las sulfonilurea del canal de potasio medular externo renal (ROMK2) (revisado por Nilius y Droogmans, 2003). El CFTR también regula el TRPV4, que proporciona la señal Ca2 + para la disminución del volumen regulador (RVD) en los epitelios de las vías respiratorias (Arniges et al., 2004). Las actividades de CFTR y de los intercambiadores de cloruro-bicarbonato SLC26A3 (DRA) y SLC26A6 (PAT1) se refuerzan mutuamente por una asociación física entre el dominio regulador (R) de CFTR y el dominio STAS de los transportadores SCL26, un efecto facilitado por la fosforilación mediada por PKA del dominio R de CFTR (Ko et al., 2004).

Los compuestos correctores que ayudan al plegado de ΔF508CFTR para aumentar la cantidad de proteína expresada y potencialmente entregada a la superficie celular incluyen VX-532 (que también es un potenciador), Corr-3a y Corr-4a . La inhibición de CFTR por la aplicación intracelular del péptido GaTx1, del veneno de Leiurus quinquestriatus herbareus, ocurre preferentemente para el estado cerrado del canal (Fuller et al., 2007). El CFTR contiene dos dominios de unión de nucleótidos citoplásmicos (NBDs) que se unen al ATP. Se plantea la hipótesis de que un solo ciclo de cierre abierto implica, en secuencia: unión de ATP en el N-terminal NBD1, unión de ATP al C-terminal NBD2 que conduce a la formación de un dímero intramolecular NBD1-NBD2 asociado con el estado abierto, y la posterior hidrólisis de ATP en NBD2 facilitando la disociación del dímero y el cierre del canal, y el inicio de un nuevo ciclo de apertura (Aleksandrov et al., 2007; Muallem y Vergani, 2009). La fosforilación por PKA en sitios dentro de un dominio regulador citoplasmático (R) facilita la interacción de los dos dominios NBD. PKC (y PKGII dentro de las células epiteliales intestinales a través de la formación de GMPc estimulada por guanilina) regulan positivamente la actividad de CFTR.

Canal de cloruro activado por calcio: Los canales de cloruro activados por el calcio intracelular (CaCC) se expresan ampliamente en células excitables y no excitables donde realizan diversas funciones (Hartzell et al., 2005). La naturaleza molecular del CaCC no está clara, ya que se han considerado candidatos probables tanto los genes CLCA como los MEJORES genes (Loewen y Forsythe, 2005; Hartzell et al., 2008). Ahora se acepta que es poco probable que los productos de expresión de CLCA formen canales per se y probablemente funcionen como proteínas de adhesión celular, o sean secretados (Patel et al., 2009). Las bestrofinas codificadas por los genes hbest1-4 tienen una topología más consistente con los canales iónicos (ver Hartzell et al., 2008) y forman canales de cloruro que se activan por concentraciones fisiológicas de Ca2+, pero se desconoce si dicha activación es directa (Hartzell et al., 2008). Sin embargo, las corrientes generadas por la mejor sobreexpresión no se parecen a las corrientes CaCC nativas. Recientemente, se ha identificado una nueva familia de genes, TMEM16 (anoctamina-1), que produce corrientes Cl activadas por Ca2+con cinética similar a las corrientes CaCC nativas registradas de diferentes tipos celulares (Caputo et al., 2008; Schroeder et al., 2008; Yang et al., 2008; Pifferi et al., 2009; Rock et al., 2009). El Knockout de TMEM16 elimina el CaCC en varios tejidos epiteliales (Yang et al., 2008)

El bloqueo de ICl (Ca) por ácido niflúmico, DIDS y 9-AC depende del voltaje, mientras que el bloqueo por NPPB es independiente del voltaje (Hartzell et al., 2005). El ácido niflúmico extracelular, DCDPC y A-9-C(pero no DIDS) ejercen un efecto complejo sobre el LCi (Ca) en el músculo liso vascular, mejorando e inhibiendo las corrientes dirigidas hacia adentro y hacia afuera de una manera dependiente de i (ver Leblanc et al., 2005 para un resumen). También existe un cruce considerable en farmacología con canales K+activados por Ca2+ de gran conductancia (ver Greenwood y Leblanc, 2007 para obtener información general). Dos compuestos novedosos, CaCCinh-A01 y CaCCinh-B01, han sido recientemente identificados como bloqueadores de CaCC en células epiteliales intestinales humanas T84 (ver De La Fuente et al., 2008 para estructuras). CaMKII modula el CaCC de una manera dependiente del tejido (revisado por Hartzell et al., 2005; Leblanc et al., 2005). Los inhibidores de CaMKII bloquean la activación de la LCi (Ac) en las células T84, pero no tienen efecto en las células acinares parótidas. En las células del músculo liso traqueal y arterial, pero no en los miocitos de la vena porta, la inhibición de CaMKII reduce la inactivación de la LCi (Ac). Ins intracelular (3,4,5,6)P4 puede actuar como regulador negativo endógeno de los canales CaCC activados por Ca2+, o CaMKII. Los CaCC de músculo liso también están regulados positivamente por la fosfatasa dependiente de Ca2+, calcineurina (ver Leblanc et al., 2005 para un resumen).

Canal de cloruro maxi: Los canales Cl Maxi son canales de alta conductancia, selectivos de aniones, caracterizados inicialmente en el músculo esquelético y posteriormente encontrados en muchos tipos de células, incluyendo neuronas, glía, músculo cardíaco, linfocitos, epitelios secretores y absorbentes, células mácula densa del riñón y sincitiotrofoblastos de placenta humana (Sabirov y Okada, 2009). La importancia fisiológica del canal Cl maxi es incierta, pero se han afirmado roles en la regulación del volumen celular y la apoptosis. La evidencia sugiere un papel de los canales Cl maxi como vía conductora en la liberación inducida por hinchazón de ATP de células C127i mamarias de ratón que puede ser importante para la señalización autocrina y paracrina por purinas (Sabirov et al., 2001; Dutta et al., 2002). Un canal similar media la liberación de ATP de las células de mácula densa dentro del grueso ascendente del asa de Henle en respuesta a cambios en la concentración luminal de NaCl (Bell et al., 2003). Se ha clonado una familia de canales Cl de alta conductancia humana (TTYH1-3) que se asemejan a los canales Cl Maxi (Suzuki y Mizuno, 2004), pero alternativamente, también se ha sugerido que los canales Cl Maxi corresponden al canal anion dependiente de voltaje, VDAC, expresado en la membrana plasmática (Bahamonde et al., 2003; Okada et al., 2004).

Las diferentes condiciones iónicas pueden contribuir a las estimaciones variables de γ reportadas en la literatura. La inhibición por el ácido araquinónico (y los ácidos grasos insaturados cis) es independiente del voltaje, se produce en un sitio intracelular e implica el cierre de ambos canales (Kd= 4-5 µM) y una reducción de γ (Kd= 13-14 µM). El bloqueo de la actividad del canal por SITS, DIDS, Gd3 + y ácido araquidónico es paralelo a la disminución de la liberación de ATP inducida por hinchazón (Sabirov et al., 2001); (Dutta et al., 2002). La activación de canales por antiestrógenos en registros de células completas requiere la presencia de nucleótidos intracelulares y se previene mediante tratamiento previo con 17β-estradiol, campo de dibutrilo o diálisis intracelular con GDPßS (Diaz et al., 2001). La activación por tamoxifeno es suprimida por bajas concentraciones de ácido okadaico, lo que sugiere que un evento de desfosforilación por la proteína fosfatasa PP2A ocurre en la vía de activación (Diaz et al., 2001). Por el contrario, el 17β-estradiol y el tamoxifeno parecen inhibir directamente el canal Cl maxi de la placenta humana reconstituido en liposomas gigantes y registrado en parches extirpados (Riquelme, 2009).

Canales de cloruro regulados por volumen: Los canales de cloruro activados por volumen (también denominados VSOAC, canal de osmolitos/aniones orgánicos sensibles al volumen; VRC, canal regulado por volumen y VSOR, canal de aniones rectificador externo con detección de expansión de volumen) participan en RVD en respuesta a la hinchazón celular. VRAC también puede ser importante para varios otros procesos, incluyendo la regulación de la excitabilidad de la membrana, el transporte transcelular de Cl, la angiogénesis, la proliferación celular, la necrosis, la apoptosis y la liberación de glutamato de los astrocitos (revisado por Nilius y Droogmans, 2003; Mulligan y MacVicar, 2006; Okada et al., 2009). VRAC puede no ser una sola entidad, sino que puede representar un número de canales diferentes que se expresan en una medida variable en diferentes tejidos y se activan diferencialmente por hinchazón celular. Además de los productos de expresión ClC-3 (véase más arriba), ya no se considera probable que varios antiguos candidatos a VRAC, como la glicoproteína P MDR1, el Icln, el intercambiador de aniones de Banda 3 y el phospholemman, cumplan esta función (véanse las revisiones de d’Anglemont de Tassigny et al., 2003; Nilius y Droogmans, 2003; Sardini et al., 2003).

Además de conducir aniones monovalentes, en muchos tipos celulares la activación de VRAC por un estímulo hipotónico puede permitir el flujo de osmolitos orgánicos como aminoácidos y polioles que pueden contribuir al RVD.

Otros canales de cloruro: Además de algunos canales de cloruro intracelulares que no se consideran aquí, se han descrito funcionalmente otros canales de membrana plasmática distintos de los enumerados. Muchas células y tejidos contienen ORCC que pueden corresponder a VRAC activo en condiciones isotónicas. Se ha descrito un canal Cl activado por cAMP que no corresponde a CFTR en células de Paneth intestinales (Tsumura et al., 1998). Se ha registrado un canal Cl activado por GMPc con una dependencia de Ca2 + intracelular elevado en varios tipos de células de músculo liso vascular, que tiene una farmacología muy diferente de la CaCC ‘ convencional ‘(ver Matchkov et al., 2004; Piper and Large, 2004). También se ha descrito un canal anion de rectificación externa activado por protones (Lambert y Oberwinkler, 2005).