Введение

Ген, кодирующий белок вида Homo sapiens, TRPV6 — это мембранный кальциевый (Ca2+) канал, который играет важную роль на первом этапе всасывания Ca2+ в кишечнике.

Классификация

Член 6-го подсемейства ванилоидов семейства потенциал-зависимых рецепторов (TRPV6) — это эпителиальный кальциевый канал, принадлежащий к семейству белков TRP (Transient Receptor Potential). Семейство TRP представляет собой группу канальных белков, критически важных для ионного гомеостаза и восприятия различных физических и химических стимулов. TRP-каналы способны обнаруживать температуру, осмотическое давление, обоняние, вкус и механические воздействия. Геном человека кодирует 28 TRP-каналов, включая шесть каналов TRPV. TRPV5 и TRPV6 участвуют в транспорте Ca2+, в то время как TRPV1–TRPV3 являются тепловыми сенсорами с различными температурными порогами активации, а TRPV4 участвует в восприятии осмолярности. Генетические дефекты гена TRPV6 связаны с транзиторным неонатальным гиперпаратиреозом и ранним началом хронического панкреатита. Дисрегуляция TRPV6 также вовлечена в гиперкальциурию, образование камней в почках, заболевания костей, дефекты дифференцировки кератиноцитов, скелетные деформации, остеоартрит, мужское бесплодие, синдром Пендреда и некоторые подтипы рака. Изначально TRPV6 также назывался белком транспорта кальция 1 (CaT1), хотя в ранних исследованиях для описания этого канала также использовались названия эпителиальный кальциевый канал 2 (ECaC2) и CaT1-подобный (CaT L).

Расположение генов, хромосомное расположение и филогенеза

Ген TRPV6 человека расположен на хромосомном локусе 7q33-34 рядом со своим гомологом TRPV5 на 7q35. Ген TRPV6 человека кодирует мРНК длиной 2906 пар оснований. Белок TRPV6 содержит N-концевое расширение из 40 аминокислот в плаценте и в определенных физиологических условиях, в отличие от аннотированной версии белка, используемой в биологических исследованиях. Филогенетический анализ показал, что паралоги TRPV6 у млекопитающих, сауропсидов, амфибий и хрящевых рыб возникли в результате независимых событий дупликации у предка каждой группы. Полиморфизмы приводят к образованию "предшествующего варианта" и "производного варианта", различающихся по пяти нуклеотидам и трем аминокислотам. Частота аллеля "предшествующего" TRPV6 варьирует в разных популяциях.

Распределение тканей

Белок TRPV6 экспрессируется в эпителиальных тканях, таких как кишечник, почка, плацента, эпидидимис, и в экзокриновых железах, таких как поджелудочная железа, предстательная железа, слюнные, потовые и молочные железы. Экспрессия белка TRPV6 у человека была продемонстрирована в пищеводе, желудке, тонком кишечнике, толстой кишке, поджелудочной железе, молочных железах, яичнике, щитовидной железе и предстательной железе с помощью иммуногистохимических методов. Профиль экспрессии TRPV6 также подвержен влиянию возраста, пола, уровня Ca2+ и витамина D3 в пище, гормонального статуса, локализации в ткани, клеточной локализации, репродуктивного статуса и периода отлучения от груди (см. раздел "Регуляция"). У человека транскрипты TRPV6 были обнаружены в плаценте, поджелудочной железе, раке предстательной железы, двенадцатиперстной кишке и предстательной железе методом северного блоттинга; а также в двенадцатиперстной кишке, тощей кишке, плаценте, поджелудочной железе, яичках, почках, мозге и толстой кишке методом полуколичественной ПЦР. У мышей количество транскриптов TRPV6, измеренное методом RT-ПЦР, следующее: предстательная железа > желудок, мозг > легкие > двенадцатиперстная кишка, слепая кишка, сердце, почки, кости > толстая кишка > скелетная мышца > поджелудочная железа. Данные, полученные из Human Protein Atlas и на основе RNA-Seq, указывают на низкий уровень мРНК TRPV6 в большинстве тканей, за исключением плаценты, слюнных желез, поджелудочной железы и предстательной железы. мРНК TRPV6 экспрессируется в апикальном домене мышиных остеокластов кортикальной кости. Кортикальные и трабекулярные остеоциты не экспрессируют мРНК TRPV6, в то время как остеобласты демонстрируют слабую экспрессию.

Физиологические функции

Селективные белки кальциевых каналов TRPV6 и TRPV5 работают совместно для поддержания концентрации кальция в определенных органах. TRPV6 функционирует как апикальные каналы для поступления Ca2+, обеспечивая трансклеточный транспорт этого иона в кишечнике, плаценте и, возможно, в некоторых других экзокриновых органах. TRPV6 также играет важную роль в трансплацентарном транспорте кальция, дифференцировке кератиноцитов, поддержании гомеостаза Ca2+ в эндолимфатической системе вестибулярного аппарата и поддержании мужской фертильности.

Поглощение Ca2+ в кишечнике

Признаны два пути всасывания Ca2+: параклеточный и трансклеточный транспорт (см. рисунок 4). Диета с высоким содержанием Ca2+ способствует параклеточному транспорту иона по всей длине кишечника, позволяя ему проходить между межклеточными плотными соединениями, соединяющими эпителиальные клетки. В отличие от этого, в условиях, когда [Ca2+] в просвете кишечника ниже, чем его концентрация в плазме (например, при низком потреблении Ca2+ с пищей), для адекватного всасывания Ca2+ необходим трансклеточный путь. Выделяют три важных этапа трансклеточного транспорта Ca2+: клеточное поступление иона Ca2+ на апикальной стороне через TRPV6 (этап 1), связывание иона Ca2+ с кальбиндином D9k (этап 2) и выход Ca2+ с базалатеральной стороны через Ca2+-АТФазу плазменной мембраны (PMCA1b). Известно, что TRPV6 ко-локализуется с TRPV5 и кальбиндином D28K в апикальных доменах дистальных извитых канальцев и соединительных канальцев [20]. Мыши с нокаутом TRPV5 (TRPV5 KO) компенсируют потерю Ca2+ за счет повышения экспрессии TRPV6 в двенадцатиперстной кишке.

Транспорт Ca2+ от матери к плоду

TRPV6 играет незаменимую роль в транспорте Ca2+ плацентой. Этот процесс крайне важен, поскольку нарушения транспорта кальция плацентой могут быть предвестниками синдромов дефицита Ca2+ и внутриутробной задержки роста. Экспрессия TRPV6 увеличивается в 14 раз в течение последних 4 дней периода гестации у мышей и совпадает с пиковой фазой минерализации костей плода. Фактически, экспрессия TRPV6 примерно в 1000 раз выше, чем экспрессия TRPV5. В плаценте TRPV6 экспрессируется в трофобластах и синцитиотрофобластах.

Регулирование Ca2+ в эпидидиме и влияние на мужскую фертильность

Регулирование концентрации кальция в просвете придатка яичка критически важно для подвижности сперматозоидов. Опосредованное TRPV6 снижение концентрации Ca2+ в просвете придатка яичка критически важно для фертильности самцов мышей.

Здоровье костей

При условиях неоптимального поступления Ca2+ с пищей, нормальный уровень кальция в сыворотке крови у мышей с нокаутом по TRPV6 (TRPV6 KO) поддерживается за счет костной ткани. TRPV6 играет важную роль в остеокластах, но не в остеобластах. У мышей с TRPV6 KO наблюдаются более тонкие слои рогового слоя, а у 20% мышей также отмечаются алопеция и дерматит. Считается, что экспрессия TRPV6 в матке у грызунов регулируется 17β-эстрадиолом и прогестероном гормонально. У грызунов мРНК TRPV6 экспрессируется в лабиринте и губчатой зоне, а также в не прикрепленных участках плаценты матки. Стадия беременности является важным регулятором экспрессии TRPV6. Снижение экспрессии TRPV5/6 и, как следствие, уменьшение транспорта Ca2+ предположительно изменяют пролиферативный профиль человеческих трофобластов, что, в свою очередь, связано с развитием преэклампсии.

Хронический панкреатит

Недавние данные свидетельствуют о том, что варианты TRPV6 с потерей функции, возникающие естественным образом, предрасполагают определенные демографические группы к хроническому панкреатиту (ХП) путем нарушения гомеостаза кальция в клетках поджелудочной железы. Исследования секвенирования среди пациентов с хроническим панкреатитом выявили наличие 33 миссенс- и 2 нонсенс-вариантов, предрасполагающих пациентов японской, немецкой и французской национальности к повышенному риску развития ХП. Исследования показали, что частота гаплотипа TRPV6 с усиленной функцией значительно выше у пациентов, формирующих камни Ca2+ (нефролитиаз), по сравнению с пациентами, не формирующими камни. Наблюдаемые фенотипы гиперкальциурии в исследованиях на животных и исследованиях однонуклеотидных полиморфизмов (СНП) TRPV6 позволяют предположить, что гаплотип TRPV6 может быть важным фактором риска абсорбционной и почечной гиперкальциурии (камни в почках, вызванные нарушением кишечной абсорбции и почечной реабсорбции соответственно). Более низкая частота заболеваний почечных камней у афроамериканцев и относительно более высокая распространенность предкового гаплотипа подтверждают теорию, согласно которой этот гаплотип обеспечивает преимущество в виде повышенной реабсорбции Ca2+ в этой демографической группе и снижает частоту образования камней в почках. C-концевая часть сорицидина – это лекарственный препарат, ингибирующий активность поглощения Ca2+ путем связывания с TRPV6. Предклинические исследования этого препарата показали многообещающие результаты в лечении заболеваний, связанных с резорбцией костной ткани. Кроме того, у мышей с нокаутом TRPV6 наблюдаются множественные фенотипы остеоартрита (ОА), такие как фибрилляция хряща, эбурнация и потеря протеогликанов. Болезнь вызвана мутациями, нарушающими функцию кодируемого белка пендрина – анионного Cl−/HCO3 − обменника, экспрессируемого во внутреннем ухе, при немелкоклеточном раке легких и раке почек. TRPV6 считается онкоканалом, который, предположительно, способствует прогрессированию рака, вызывая аберрации, индуцированные входом Ca2+, в молекулярных факторах, регулирующих такие процессы, как клеточный цикл, апоптоз и миграция, тем самым обеспечивая раковым клеткам преимущества в пролиферации и выживании. Переэкспрессия TRPV6 тесно коррелирует с патологической стадией, степенью злокачественности опухоли, экстрапростатической инвазией, метастазами в лимфатические узлы и устойчивостью к андроген-таргетной терапии при раке предстательной железы. Экспрессия TRPV6 рассматривается как прогностический маркер для распространенного рака предстательной железы, поскольку ее экспрессия сильно зависит от степени злокачественности опухоли. О выражении TRPV6 сообщалось в различных клеточных линиях рака молочной железы и рака предстательной железы. Клеточные линии рака простаты PC 3 и LnCAP переэкспрессируют TRPV6 по сравнению с доброкачественными эпителиальными клетками PrEC и BPH 1. Переэкспрессия TRPV6 связана с ранней стадией рака толстой кишки, а его подавление в раковых клетках толстой кишки индуцирует апоптоз и ингибирует пролиферацию раковых клеток. Что касается механизма, мутации в доменах связывания кальмодулина каналов TRPV6 придают клеткам аденокарциномы толстой кишки инвазивные свойства. Считается, что белки p38α и GADD45α повышают регуляцию экспрессии TRPV6 в клетках рака толстой кишки SW480, усиливая сигнализацию витамина D. TRPV6 усиливает индуцированную инсулиноподобными факторами роста (IGF) передачу сигналов PI3K PDK1 Akt при раке толстой кишки человека и способствует развитию рака толстой кишки. TRPV6 повышает регуляцию в первичных раковых тканях у пациентов с раком поджелудочной железы и способствует пролиферации нейроэндокринных опухолей поджелудочной железы посредством механизмов, зависящих от NFAT. Подавление TRPV6 индуцирует апоптоз и остановку клеточного цикла в раковых клетках поджелудочной железы и ингибирует их инвазию, пролиферацию и миграцию. Принудительная экспрессия TRPV6 в раковых клетках желудка повышает их чувствительность к индуцированному капсаицином апоптозу, в то время как РНК-интерференция, направленная на подавление канала, подавляет эту чувствительность. Снижение регуляции TRPV6 при плоскоклеточной карциноме пищевода было предложено в качестве прогностического маркера выживаемости, специфичной для заболевания, у пациентов, страдающих раком пищевода. Низкая коэкспрессия TRPV5 и TRPV6 была предложена в качестве прогностического маркера плохой выживаемости без рецидива при немелкоклеточном раке легких. В промоторной области TRPV6 были идентифицированы по крайней мере пять элементов ответа на витамин D (VDRE) в позициях −1.2, −2.1, −3.5, −4.3 и −5.5 кб относительно сайта начала транскрипции (TSS). Среди этих пяти участков VDRE в позициях −1.2, −2.1 и −4.3 кб значительно более чувствительны к 1,25(OH)2D3 по сравнению с VDRE, расположенными в −3.5 и −5.5 кб, которые, по-видимому, не вносят существенного вклада в транскрипционную регуляцию, опосредованную витамином D, в кишечнике. Важные этапы транскрипционной регуляции, опосредованной витамином D, включают 1) связывание витамина D с его когнитивным витамин D-рецептором (VDR), 2) транслокацию комплекса гетеродимера витамин D-рецептора (VDR) и ретиноидного X-рецептора в ядро, 3) связывание комплекса VDR RXR с промотором гена TRPV6, 4) рекрутирование стероидного рецепторного коактиватора 1 и РНК-полимеразы II на промотор и 5) транскрипционную активацию, опосредованную событиями ацетилирования гистона H4.

Диета

Наиболее важными регуляторами экспрессии TRPV6 являются уровень Ca2+ и витамин D в рационе. При недостаточном поступлении Ca2+ с пищей, нормальный уровень кальция в крови у мышей с нокаутом по TRPV6 (TRPV6 KO) поддерживается за счет костной ткани.

Беременность и лактация

Дюдоденальная экспрессия транскриптов TRPV6 повышается у мышей дикого типа (WT) и мышей с нокаутом VDR во время беременности и лактации. Гормон пролактин усиливает транскрипцию TRPV6 и способствует увеличению всасывания Ca2+ в кишечнике у беременных и лактирующих крыс, возможно, как адаптивный механизм для компенсации потери минеральной плотности костей во время лактации.

Старение

Экспрессия TRPV6 в кишечнике у мышей значительно различается в зависимости от возраста и локализации в ткани. Экспрессия TRPV6 в двенадцатиперстной кишке не обнаруживается в P1 и увеличивается в 6 раз к P14. Подобным образом, экспрессия меняется с возрастом и в тощей кишке, где уровень TRPV6 повышается с P1 до P14, становится слабым к 1 месяцу и не обнаруживается у более старых мышей.

Сексуальные гормоны

Половые гормоны играют важную роль в регуляции TRPV6. У самок мышей наблюдается двукратное увеличение экспрессии TRPV6 mRNA в двенадцатиперстной кишке по сравнению с самцами после лечения витамином D. Предполагается, что половая гормональная дифференциальная регуляция TRPV6 связана с различиями в относительном риске развития остеопороза у пожилых женщин в постменопаузе, у которых, как сообщается, экспрессия TRPV6 и VDR ниже, чем у мужчин. Антипрогестерон RU486 и антиэстроген ICI 182,780 подавляют экспрессию TRPV6 у грызунов, оказывая антагонистическое действие на рецепторы прогестерона и эстрогена соответственно. Известно, что эстроген, прогестерон и дексаметазон повышают экспрессию TRPV6 в коре головного мозга и гипоталамусе мышей, что указывает на возможную роль TRPV6 в абсорбции кальция в головном мозге.