Quinton предположил в 1983, что транспорт хлорида нарушен при cystic fibrosis (CF), а 6 лет спустя ген CF был клонирован [1], а последующее изучение CF transmembrane conductance regulator (CFTR) показало, что хлорные канальцы обладают линейным I/V отношением (т.е. не приобретает каких-либо rectification характеристик и линейно увеличивается с повышением напряжения ) и в 9–11 picoSiemens (pS) одно-канальной проводимостью [2] [3]. Мутации в CFTR могут нарушать проводимость белка CFTR и его процессинг, а также регуляцию и способность CFTR взаимодействовать с другими ионными канальцами [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11]. Отдельные мутации обычно оказывают более одного эффекта, напр., самая распространенная δPhe508 мутация. Первичный эффект ее заключается в нарушении процессинга белка, так что большая часть белка никогда не проходит полного процессинга, не поступает  в апикальные клеточные мембраны, а остается в эндоплазматическом ретикулеме [1] [12] [13] [14] [15] [16] [17].

   CFTR является регулятором эпителиальных натриевых канальцев (ENaCs) [18] и внешних очищающих хлорных канальцев (ORCCs) [7] [19] [20], а также вовлечен в транспорт АТФ [21] [22] [23••] [24••] [25•] [26]. Регуляция ORCCs с помощью CFTR была подтверждена и было показана потребность в нем для АТФ в качестве аутокринного сигнала [27]. Позднее было также показано, что CFTR является негативным регулятором ENaCs [18].

The CFTR conducts chloride and ATP

   Предыдущие исследования CFTR и АТФ показали, что CFTR может транспортировать АТФ. Cantiello с авт и др. [21] [22] [28••] [29] показали, что CFTR двойственен в отношении АТФ и хлорных канальцев. Это согласуется с ранними находками[2], которые показали, что CFTR является multi-ion-selective каналом с halide избирательностью Cl^->I^-. На клеточном уровне diphenylamine-2-carboxylic acid (DPC, неспецифический блокатор хлорных каналов)-чувствительные хлорные каналы, активируются с помощью цАМФ. Природа этого пути тока хлоридов тщательно исследовалась. Подтверждено, что CFTR является хлорным каналом. Показано, что [21] цАМФ-стимулированные АТФ токи м.б. измерены только в CFTR-трансфицированных клетках. Подтверждено, что АТФ, действительно, несет заряд.  Сходные результаты получены  Schwiebert et al. [27]. Эти авторы предполагают [27] что CFTR или непосредственно транспортирует АТФ или регулирует активность тесно-ассоциированных АТФ-высвобождающих каналов или регулирует exocytotic высвобождение АТФ в результате наложения осмотического градиента хлора на внутриклеточные пузырьки, нагруженные АТФ.

   Pasyk and Foskett [30] показали, что CFTR ассоциирован с регулируемым проведением АТФ. Кроме того CFTR проницаемы также и для других адениновых нуклеотидов, adenosine-3-phosphate-5' phosphosulfate, универсального донора sulfate. Авт. полагают, что отсутствие такого проведения , обусловленно отсутствием нормального гликопротеина и нарушением сульфатации у пациентов с CF [31] [32]. Транспорт хлора и АТФ м. зависеть от типа клеток.

   Две группы исследователей(Abraham et al. [21] [22] [28••] [29] and Schwiebert et al. [27]) описали сходное АТФ высвобождение([28••]; EM Schwiebert, personal communication). Большинство нормальных или CFTR-экспрессирующих клеток отвечает на цАМФ стимуляцию высвобождением АТФ во внеклеточную среду. Нетрансфицированные или CF типы клеток не высвобождают АТФ в ответ на цАМФ стимуляцию.

   Abraham et al. [28••] показали, что антисмысловые олигонуклеотиды CFTR прекращают высвобождение АТФ.

The CFTR conducts chloride but not ATP

   Reddy et al. [24••] изучая CFTR-опосредованное высвобождение АТФ показали, что АТФ не экспортируется через CFTR в апикальные мембраны потовых протоков. Кроме того на клетках Calu-3 (a human lung cell line) показали, что в них CFTR единственные хлорные каналы в апикальной мембране. Даже при сильном поляризующем потенциале не удалось выявить ток АТФ в таких клетках. Такие же результаты получены с CHO клетками, стабильно экспрессирующими CFTR [25•]. Сходные результаты получены и при использовании липидного двуслоя с рекомбинантными CFTR. Авт. пришли к выводу об отсутствии транспорта АТФ через CFTR, что согласуется с размерами пор CFTR (<5.5 Å) тогда как наименьший резмер АТФ (<10.5 Å). Canhui et al. [26] получили сходные результаты с очищенными CFTR.

Model for the release and function of ATP

   Каковы же все-таки взаимоотношения между CFTR и АТФ — транспортирует ли CFTR или регулирует транспорт АТФ? И как АТФ, высвободившись, помогает CFTR выполнять его различные регуляторные функции?

   Имеется три возможные модели длдя объяснения взаимоотношений между CFTR и высвобождением АТФ. Первая, что АТФ может проходить через сам CFTR канал(Fig. 1a). CFTR м.б. ассоциирован с мембраной и м. позволять проходить АТФ на клеточную поверхность. Имеются доказательства, что first nucleotide-binding fold (NBD1) CFTR м.б. ассоциирована с мембраной [34] а этот домен имеет β-barrel структуру, позволяющую проходить АТФ. Во-вторых, АТФ м. высвобождаться через второй независимый канал(Fig. 1b), который м. регулироваться с помощью CFTR[35•]. Напр., ко-экспрессия PSD-95 (postsynaptic density protein-95, a PDZ domain containing protein) с voltage-gated K⁺ каналами или N-methyl-D-aspartate (NMDA) рецепторами вызывает образорвание кластеров этих канало или рецепторов на плазменной мембране[36] [37]. В третьих, предполагается chloride-gradient-mediated, exocytotic высвобождение АТФ. Fig. 1c). Внутриклеточные пузырьки с АТФ сливаются с плазменными мембранами под действием хлоридного градиента и высвобождают АТФ с помощью экзоцитоза. Градиент хлоридов в этом случае должен задаваться CFTR.

Figure 1 Гипотетическая модель взаимодействий между CFTR, высвобождением АТФ и канальцами, регулируемыми с помощью CFTR. The CFTR is present in airway cells; these cells are polarized and possess an apical and a basolateral surface, as shown in (b). Chloride exits the cell through the CFTR. (a) ATP as well as chloride passes through the CFTR itself. ATP may then interact with purinergic receptors such as P2Y2. These purinergic receptors, once activated by ATP, could stimulate ORCCs through second messenger pathways and thus increase chloride transport across the cell. The purinergic receptors could also inhibit ENaCs and this would result in the inhibition of sodium absorption. (b) ATP passes through a channel (the 'ATP transporter') that is separate from the CFTR but is regulated by the CFTR (indicated by the arrow between the two proteins). ATP then stimulates ORCCs and inhibits ENaCs via purinergic receptors. (c) ATP-loaded vesicles fuse at the membrane with the CFTR; this fusion is followed by an exocytotic release of ATP via a chloride osmotic gradient mediated through the CFTR. ATP then stimulates ORCCs and inhibits ENaCs via purinergic receptors. Shaded arrows indicate movement of the ions through the membrane and do not refer to movement through any particular domains of the protein concerned.

   Как высвободившийся АТФ способствует регуляторным эффектам CFTR [27] на ENaCs, ORCCs и калиевые каналы (ROMK1, на очищение АТФ-чувствительных K⁺ каналов)? Одним из возможных объяснений является то, что высвободившийся АТФ  взаимодействует с separate purinergic рецепторами, таким как P_2Y2. Рецепторы, однажды активированные с помощью АТФ, м. затем регулировать сами через пути вторичных мессенджеров. Другая возможность, что АТФ может прямо активировать ORCCs. Ингибирование ENaCs с помощью CFTR м. также управляться через прямое взаимодействие между избранными честями CFTR и ENaCs или путем ингибирования с помощью высвободившегося АТФ. Предполагается, что АТФ стимулирует purinergic рецепторы, которые стимулируют protein kinase C и тем ингибируют ENaCs путем взаимодействия протеин киназы С с α subunit of the ENaCs. Сходная гипотеза предложена для взаимодействия с ROMK1 каналами[38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53].