Acuaporinas renales y su regulación por ADH

Acuaporinas renales y su regulación por ADH
Artículo publicado en la Revista Simbiosis (Año 8, Nº9, diciembre 2007)
Por Nazira Píriz (*)
Es sabido que el agua ocupa gran parte del peso corporal de los organismos vivos
(hasta un 90%, dependiendo de la especie). Es razonable entonces, que su distribución
sea uno de los factores homeostáticos más importantes en el mantenimiento de la
vida, y en particular, la osmolaridad y las concentraciones iónicas de los medios intra y
extracelulares.
Para lograr la constancia de estos parámetros, los organismos recurren a dos
estrategias básicas: 1) el transporte de iones y 2) el transporte de agua. Ambos a través
de membranas celulares. En los vertebrados terrestres, el transporte de agua es el
mecanismo responsable de este fin.
Durante muchos años los científicos se preguntaron cuál sería el mecanismo por el que
algunos tejidos en particular pudieran permitir el pasaje de grandes volúmenes de
agua a través de membranas celulares. Dada su hidrosolubilidad, el pasaje de agua en
grandes cantidades a través de membranas biológicas, debía producirse por alguna vía
alternativa a la bicapa de lípidos. Tal problema quedó resuelto a principios de los 90’,
con el advenimiento de técnicas de biología molecular. Entre los años 1989 y 1991, el
grupo de Peter Agre clonó la primer proteína canal de agua, inicialmente denominada
CHIP28 (CHIP: integral protein like channel; 28 era su peso molecular), y
posteriormente denominada acuaporina 1 (AQP1). Tal hallazgo devino en la obtención
del premio Novel en Química por este grupo, en el año 2003.
Desde entonces, el hallazgo de nuevas acuaporinas ha continuado, habiéndose logrado
clonar hasta el momento más de 10 tipos, y su presencia se ha verificado en múltiples
organismos vivos, animales y vegetales.
Las acuaporinas son proteínas integrales de membrana con una
estructura tetramérica, en la que cada monómero (de 6 segmentos
transmembrana) tiene la particularidad de presentar un poro central
permeable al agua. De esta manera, cada molécula de acuaporina
presenta cuatro poros para el agua (Fig.1). Esto es una diferencia con
otros canales, por ejemplo iónicos, en los que cada molécula presenta
un único poro central.
Otra diferencia con los canales iónicos, es que éstos poseen Fig.1- Esquema
compuertas cuyo cierre impide el pasaje de iones a su través, ya sea de estructura
por cierre o inactivación del canal. Se sabe que las acuaporinas no son de acuaporina.
capaces de modificar su estado, sino que permanecen abiertas. Esta peculiaridad
genera una nueva pregunta, ¿cómo las células pueden modificar su permeabilidad al
agua? La respuesta radica en la capacidad de los organismos de modificar el número
de acuaporinas presentes en las membranas celulares, mediante estímulos
hormonales.
En los vertebrados terrestres, uno de los mecanismos básicos mediante los que se
conserva el agua corporal, es su retención renal secundaria a la liberación de hormona
antidiurética (ADH) en mamíferos, o a su análogo arginina-vasotocina (AVT) en nomamíferos.
La comprensión de los mecanismos implicados, y por ende la comprensión de la
función, requiere indefectiblemente del socorro de la biología celular y molecular,
únicas capaces de explicar la fisiología.
En los mamíferos, un aumento en la osmolaridad del medio extracelular secundaria a
la pérdida de agua corporal, es detectada con gran sensibilidad por células
osmorreceptoras del hipotálamo, que responden estimulando la liberación de ADH.
El blanco principal de esta hormona es el tubo colector del riñón. Las células del tubo
colector tienen una membrana apical (en contacto con la luz tubular y la orina en
formación) y una membrana basal (en contacto con el medio interno). La membrana
apical es rica en acuaporinas tipo 2 (AQP2), en tanto que las membranas basal y
basolateral son ricas en acuaporinas tipo 3 (AQP3) (Fig.2).
La
ADH liberada en
estas
condiciones, se
une
a
sus
receptores
V2
presentes en la
membrana
basal,
y
desencadenan
una serie de
eventos
moleculares
(mediada
por
una proteína G y
el
enzima
adenilciclasa),
que
culminan Fig.2- Mecanismos mediante los que la ADH aumenta la
con el aumento permeabilidad al agua en el tubo colector. La ADH se une a su
en el número de receptor V2R de la membrana basal y desencadena eventos que
culminan con el aumento en el número de acuaporinas presentes en
acuaporinas 2 y las membranas apical y basolateral.
3,
en
las
membranas apical y basolateral.
En condiciones fisiológicas, en esta zona del riñón existen diferencias osmóticas que
tienden a la reabsorción pasiva de agua. Una vez aumentado el número de
acuaporinas en las membranas apical y basolateral, las condiciones están dadas para
que se produzca una gran reabsorción de agua en el tubo colector (a través de AQP2),
así como su pasaje al intersticio (a través de AQP3).
Los mecanismos moleculares implicados en el efecto de la ADH sobre el colector son
bien conocidos, y en forma esquemática pueden resumirse en:
1) Aumento del tráfico de AQP2 presentes en vesículas intracelulares hacia la
membrana apical (mecanismo similar al tráfico de vesículas en sinapsis
químicas); y
2) Aumento en la expresión génica de AQP2 y AQP3.
El primer mecanismo es rápido, se pone en evidencia en pocos minutos, y forma parte
de lo que se denomina “respuesta endócrina aguda”. El segundo mecanismo demora
cerca de una hora en evidenciarse, es más prolongado, y forma parte de las conocidas
“respuestas de aclimatación”. Ambos tipos de respuesta implican siempre cambios
moleculares diversos, y se observan genéricamente en distintas especies. Su
existencia se considera una muestra de cómo la evolución ha permitido la adaptación
a cambios ambientales drásticos o rápidos.
Bibliografía:
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(*) Doctora en Medicina
Magíster en Biofísica (PEDECIBA).
Profesora Adjunta titular del Dpto. Biofísica, Facultad de Medicina
Profesora de Biofísica y Fisiología humana del IPA
Asesora y tutora de Biofísica y tutora de Fisiología humana, en Profesorado
Semipresencial.