THE MOLECULAR BASIS OF WATER TRANSPORT IN THE BRAIN
Nature Reviews Neuroscience V.4. № 12. P. 991 -1001 (2003) | |
Функции мозга в значительной степени зависят от водного гомеостаза. Из-за того что в мозге большой объем между нейронами занимают глиальные клетки (а это ведет к сужению внеклеточного пространства), возникают определенные проблемы, поскольку даже небольшие изменения экстраклеточных объемов могут нарушить концентрацию ионов и, следовательно, нейрональную активность. Более того, для ионных трансмембранных перемещений, необходимых для поддержания ионного гомеостаза во время активности нейронов, требуется вода. Отсюда следует, что механизмы, осуществляющие водный транспорт через плазменные мембраны, должны играть центральную роль в физиологии мозга. Вероятно, эти механизмы имеют также важное значение при отеке мозга. Недавние исследования выявили молекулярные основы водного транспорта в мозге – был идентифицирован класс специфических водных каналов, которые участвуют в физиологическом и патофизиологическом транспорте воды.
 (Рис.1.) | Diagram showing members of the aquaporin (Aqp) family expressed in mammals.  (Рис.2.) | Architecture of the aquaporin-1 (Aqp1) water channel (longitudinal section through an individual subunit).  (Рис.3.) | Aquaporins in the brain.  (Рис.4.) | Aqp4 expression at the blood—brain interface  (Рис.5.) | Effect of -syntrophin (-Syn) deletion on aquaporin-4 (Aqp4) distribution.  (Рис.6.) | Homeostatic functions of astrocytes.  (Рис.7.) | Expression pattern of aquaporin-4 (Aqp4) in the subfornical organ of rat.  (Box 1) | The dystrophin-associated protein complex |
Первый аквапорин (aquaporin) был идентифицирован в 1992 г. В настоящее время это семейство специализированных водных каналов млекопитающих содержит 11 членов, локализованных в разных органах – почках, секреторных железах и мозге.
Аквапорины собираются в мембранах как гомотетрамеры, в которых каждый мономер содержит водный канал и шесть membrane-spanning α-спиральных доменов. Отличительной чертой аквапоринов является значительная гомология между внутриклеточными карбоксильным (C) и амино (N) концами.
Аквапорины способствуют пассивному двунаправленному передвижению воды, которое контролируется осмотическими градиентами в мембранах.
Три аквапорина – Aqp1, Aqp4 и Aqp9 – были локализованы в мозге.
Aqp1 экспрессируется в апикальной оболочке эпителия хороидного сплетения (choroid plexus), где он, по всей вероятности, участвует в образовании цереброспинальной жидкости.
Aqp9 экспрессируется в эпендимальной выстилке (ependymal lining) третьего желудочка и, вероятно, в астроцитах и эпителиальных клетках. Aqp9 принадлежит к акваглицеропоринам (aquaglyceroporins) – подсемейству аквапоринов, которые транспортируют глицерол и воду и, следовательно, могут принимать участие в энергетическом обмене.
Aqp4 наиболее широко распространен в мозге, он изучен лучше других аквапоринов и локализуется, главным образом, в плазменной мембране астроцитов. Доказано, что Aqp4 закреплен в этих мембранах благодаря его взаимодействию с α- syntrophin.
Aqp4, вероятно, опосредует водный обмен между мозгом и экстрацеребральными жидкостями и, таким образом, участвует в поддержании ионного гомеостаза и гомеостаза объема (volume homeostasis). Специфические функции Aqp4 включают удаление избытка воды, образующегося в результате метаболизма, и участие во внеклеточном К+ клиренсе.
Предполагают, что аквапорины играют важную роль при некоторых патофизиологических состояниях человека – при отеке мозга и эпилептических припадках. Они могут рассматриваться в качестве мишени при терапии этих заболеваний.
|