Modulation des Epithelialen Natriumkanals (ENaC) und des Shaker-Kaliumkanals Kv1.3 durch die Aldosteron-induzierte Serin-Threonin-Kinase SGK

Abstract

Modulation des Epithelialen Natriumkanals (ENaC) und des Shaker-Kaliumkanals Kv1.3 durch die Aldosteron-induzierte Serin-Threonin-Kinase SGK

Aldosteron stimuliert in den Hauptzellen des distalen Nephron sowohl die Natriumresorption durch den ENaC als auch die Kaliumsekretion durch K+-Kanäle. Das Hormon reguliert die Transkription der Serum- und Glukokortikoid-abhängigen Kinase SGK1, welche die Hormonwirkung auf zellulärer Ebene vermittelt. Der Effekt der Serin-Threonin-Kinase SGK1 auf den ENaC und verschiedene renale Kaliumkanäle wurde anhand Koexpression in Xenopus laevis Oozyten untersucht. Die SGK1 stimulierte den ENaC zu fünffachen höheren Natriumströmen. Unter dem Kinaseeinfluß wurde die Sensitivität der Kanalblocker Amilorid und dessen Analogon EIPA entgegengesetzt verändert – die Sensitivität des ENaC zu Amilorid wurde halbiert, wohingegen jene zu EIPA um den Faktor fünf gesteigert wurde. Obwohl die Kanalblocker mit der Porenregion des Kanalproteins interagieren, blieb die Natriumkinetik unbeeinflußt. Ein Effekt der SGK1 auf die biophysikalischen Eigenschaften des ENaC ist daher nicht anzunehmen. Die Wirkung der SGK1 schien hauptsächlich auf einer Steigerung der Oberflächenexpression des Kanalproteins zu beruhen. Außer dem Shaker-Kaliumkanal Kv1.3 zeigte keiner der untersuchten renalen Kaliumkanäle eine Stimulation auf SGK1. Die Kinase führte bei Kv1.3 zu einer vier- bis fünffachen Steigerung des Kaliumstroms, einem Effekt, der jedoch weder auf eine Änderung der Pharmakokinetik, noch auf eine Modulation der Aktivierungsschwelle des spannungsinduzierten Kv1.3 zurückzuführen schien. Die einzige biophysikalische Wirkung unter SGK1 zeigte sich in einer Verzögerung der Inaktivierung um den Faktor 1.5, gleichbedeutend mit einer deutlichen Zunahme des “Open window current“. Bei Inhibition der Membranexozytose durch Brefeldin A war ein positiver Effekt der Kinase auf die Oberflächenexpression des Kv1.3 zu beobachten. SGK1 steigert wahrscheinlich die Anzahl aktiver Kanäle an der Membranoberfläche durch eine Stabilisierung der Kanalproteine in der Membran oder durch eine Verlängerung der Halbwertszeit. Es ist bemerkenswert, daß der Effekt unabhängig von der T0-Domäne (Aminosäuren 3-36 des N-Terminus) schien, einem Proteinabschnitt, von dem bekannt ist, daß er maßgeblich die Halbwertszeit des Kv1.3 determiniert. Ein alternativer Angriffspunkt der SGK1 am Kanalprotein ist daher anzunehmen. Die Ergebnisse lassen vermuten, daß die Kinase zur Stabilisierung des Membranpotentials in Kv1.3 und SGK1-exprimierenden Zellen beiträgt. Möglicherweise spielt dies eine entscheidende Rolle bei der Natriumresorption im Aldosteron-sensitiven distalen Nephron, dem Hauptexpressionsort des ENaC. Gerade in den Hauptzellen des Sammelrohres wurden auch gesteigerte Kv1.3-Expressionslevel festgestellt.

Modulation of the epithelial sodium channel ENaC and the Shaker potassium channel Kv1.3 by the aldosterone-induced serine-threonine kinase SGK

Aldosterone stimulates both sodium reabsorption through the renal epithelial sodium channel ENaC and potassium secretion through K+-channels in principal cells of the collecting duct. The hormone regulates the transcription of the serine-threonine kinase SGK1, which mediates aldosterone action at the cellular level. The effect of the aldosterone regulated kinase SGK1 was tested on ENaC and several renal potassium channels upon coexpression in Xenopus laevis oocytes. SGK1 led to a five-fold increase of sodium current when coexpressed with ENaC. Upon stimulation the sensitivities of the channel blockers amiloride and its analogon EIPA to ENaC were regulated contrarily – sensitivity to amiloride was reduced two fold, whereas sensitivity to EIPA was increased by factor five. Even though channel blockers interact with the pore region of the channel protein, sodium kinetics remained unchanged. That is why an impact of SGK1 on the biophysical properties of ENaC is not to be assumed. Most of the effect of serine-threonine kinase seemed to be due to an increase of cell surface expression of the channel protein. Apart from Kv1.3 none of the renal potassium channels tested, were stimulated when coexpressed with SGK1. The kinase led to a four to five-fold increase of potassium current, an effect that neither seemed to be caused by a change in the pharmacological properties, nor by a modulation of the activation threshold of the voltage-sensitive Kv1.3. The only biophysical effect observed turned out to be an alteration of the inactivation kinetics. The kinase significantly delayed the inactivation of Kv1.3 by factor 1.5, leading to a much larger open window current. SGK1 also showed a positive impact on the cell surface expression of the channel protein, when membrane trafficking was inhibited by Brefeldine A. Therefore SGK1 probably increases the number of active Kv1.3 at the cell surface by rising the stability or half-life time of the channel protein. It is remarkable that the effect seemed to be independent of the T0-domain (amino acids 3 to 36 at the N-terminal region), which is known to determine the half-life time of the channel protein. Therefore an alternative site of action for the serine-threonine kinase SGK1 can be assumed. These results suggest that SGK1 may contribute to the stabilization of the membrane potential in cells, expressing Kv1.3 and SGK1, and might also play an important role in the sodium reabsorption in the aldosterone sensitive distal nephron, since increased Kv1.3 protein expression was found in principal cells of the collecting duct, which is also the main site of expression of ENaC.