Введение

Белокодовый ген вида Homo sapiens Aquaporin 4, также известный как AQP 4, является белком водного канала, кодируемым геном AQP4 у людей. AQP 4 относится к семейству аквапоринов, представляющих собой интегральные мембранные белки, которые проводят воду через клеточную мембрану. Ограниченное количество аквапоринов обнаружено в центральной нервной системе (ЦНС): AQP1, 3, 4, 5, 8, 9 и 11, но более исключительные представления AQP1, 4 и 9 обнаружены в мозге и спинном мозге. AQP4 наиболее широко присутствует в сером веществе мозжечка и спинного мозга. В ЦНС AQP4 является наиболее распространенным аквапориновым каналом, особенно расположенным в перимикрососудистых процессах стопы астроцитов, лимитанных железах и эпендиме. Кроме того, этот канал обычно содействует движению воды вблизи спинномозговой жидкости и сосудов. Аквапорин 4 был впервые идентифицирован в 1986 году. Это было первое доказательство существования водных транспортных каналов. Метод, который был использован для обнаружения существования транспортных каналов был через нокаут эксперименты. С помощью этого метода они смогли показать значительную роль AQP4 в повреждениях ЦНС и дисбалансе воды в мозге.

Структура

Структура AQP4 состоит из шести трансмембранных доменов и пяти соединяющих петлей, образующих канал. С помощью рентгеновской кристаллографии было обнаружено, что каждый мономер AQP4 состоит из шести спиральных, мембранных доменов и двух коротких спиральных сегментов, окружающих узкую водную пору. В самой узкой точке водная пора имеет размер 2,8 ангстрома, достаточно большой для прохождения молекул воды в одном ряду. В то время как каждый мономер индивидуально способен к транспортировке воды, кватернарная структура канала является тетрамером. Кроме того, AQP4 имеет две различные структурные изоформы, расположенные в ЦНС: M1 и M23. AQP4 также экспрессируется в астроцитах и повышается путем прямого воздействия на центральную нервную систему. В центральной нервной системе AQP4 находится вдоль спинного мозга и служит основным каналом воды. В почках AQP4 в основном содержится во внутренней части мозга, а во внешней части мозга и коры мозга его почти нет. Он конститутивно экспрессируется в базалатеральной клеточной мембране основных клеток коллекторного канала и обеспечивает путь для выхода воды из этих клеток.

Функция

Общая функция аквапорина 4 заключается в обеспечении быстрой транспортировки воды, а также поддержании гомеостатического равновесия в центральной нервной системе. Этот канал может транспортировать воду со скоростью 3E9 молекул в секунду. Другие системы также регулируются AQP4. Внутри внутреннего уха основная роль заключается в обеспечении осмотического баланса в поддержке клеток эпителия в органе Корти путем переработки К+. Аквапорин 4 является преобладающей аутоиммунной мишенью при 2/3 оптическом нейромиелите, а более высокие уровни аутоантитела AQP4 связаны с возникновением оптического неврита (ON), однако титр IgG AQP4 в сыворотке крови лишь умеренно отражает активность заболевания, его тяжесть или неврологический прогноз. Специфические аутоантитела AQP4 IgG или NMO IgG связываются с внеклеточной поверхностью AQP4. Это связывание открывает путь для разработки целевой терапии в НМО. Вариантами терапии являются иммуносупрессивные препараты, такие как кортикостероиды и азатиоприн, иммуномодуляция и обмен плазмы. Недавние сывороточные антитела (анти- AQP4) были обнаружены у пациентов с NMO, которые в настоящее время используются для диагностики этого состояния. Другие клинически значимые последствия AQP4 в организме человека - это роль в регуляции мозгово- спинной жидкости (ЦСЖ) в желудочках. Внутри желудочков мозга AQP4 может использоваться для удаления избыточной ЦРС при таких состояниях, как гидроцефалия. Основным методом лечения людей с гидроцефалией является введение механических шунтов в желудочки для отвода избыточной жидкости. После дальнейших исследований роли AQP4 возможно изменить систему регуляции этих каналов в организме человека, чтобы помочь в реабсорбции ЛМК без необходимости использования физически инвазивных методов лечения.

Исследования

На основе исследований на животных аквапорин 4 может играть роль в ряде других заболеваний, включая болезнь Альцгеймера, боковой амиотрофический склероз, болезнь Паркинсона, рассеянный склероз и эпилепсию, и, по-видимому, играет роль в патологическом ответе на травматическую травму мозга и инсульт. В моделях грызунов AQP4 играет роль как в развитии, так и в решении отеков головного мозга, возникающих после травмы, такой как ТТС или инсульт, и вокруг опухолей головного мозга. По сравнению с дикими мышами, у мышей с двойным нокаутом наблюдались различные заболевания после травмы головного мозга. Он показал снижение внутричерепного давления, гибель клеток, накопление воды, астроглиоз и объем поражения. Экспрессия аквапорина 4 зависит от стадии заболевания ТТП. На острой стадии ТТИ недостаток аквапорина 4 приводит к снижению избыточного удаления воды, в то время как на более поздней стадии ТТИ предотвращает серьезные повреждения и отеки. У людей, страдающих болезнью Альцгеймера, амилоидные бляшки иногда развиваются в артериях мозга - состояние называется церебральной амилоидной ангиопатией или КАА. Исследования на животных показали, что тяжесть CAA увеличивается или уменьшается в зависимости от экспрессии аквапорина 4. Когда происходит снижение AQP4, выраженность CAA увеличивается и наоборот; не известно, что вызывает изменения уровня экспрессии AQP4, а также является ли это частью процесса заболевания или усилиями мозга адаптироваться. В животных моделях амиотрофического бокового склероза AQP4 экспрессируется в стволе мозга, коре и сером веществе спинного мозга, что приводит к опухшему астроцитам; причина этого не понятна. У мышей с нокаутом наблюдаются проблемы с познанием; нарушается консолидация памяти, а также нарушается взаимодействие между приобретением памяти, распознаванием пространства и памятью о том, где находился объект после его перемещения.