Аквапорины и транспорт воды в роговице

Структура и транспортная функция аквапоринов

AQP — семейство небольших гидрофобных интегральных мембранных белков (около 30 кДа на мономер), широко экспрессируемых в царствах животных и растений; у млекопитающих на сегодня выявлено 13 его членов. Аквапорины экспрессируются во многих эпителиях и эндотелиях, участвующих в транспорте жидкости, а также в клетках, которые, как считается, транспорт жидкости не осуществляют, — в клетках кожи, жировой ткани и мочевого пузыря. В большинстве типов клеток AQP конститутивно находятся в плазматической мембране. Заметное исключение — почечный AQP2, который подвергается регулируемым вазопрессином экзо- и эндоцитозу подобно регулируемой инсулином доставке GLUT4. Существуют рентгеноструктурные модели высокого разрешения для AQP1 (1), бактериального переносчика глицерина GlpF (2) и основного собственного белка волокон хрусталика (ранее MIP) — AQP0 (3). Мономеры аквапорина 1 содержат шесть наклонных альфа-спиральных доменов, образующих бочкообразную структуру, в которой первые и последние три спирали обладают инвертированной симметрией (обзор в 4, 5). Два консервативных мотива Asn-Pro-Ala (NPA) расположены на противоположных сторонах мономера AQP, что позволяет проходить через пору воде, но не мелким растворённым веществам. Мономерные единицы AQP содержат независимо функционирующие поры, хотя в мембранах они собраны в тетрамеры (6). Моделирование молекулярной динамики на основе кристаллической структуры AQP1 указывает на извилистое прохождение молекул воды по одной через узкую пору диаметром менее 0,3 нм, в которой стерические и электростатические факторы препятствуют транспорту протонов и других мелких молекул (7). Аквапорины 1, 2, 4, 5 и 8 преимущественно селективны к воде, тогда как AQP3, AQP7 и AQP9 (так называемые акваглицеропорины) транспортируют также глицерин и, возможно, другие мелкие растворённые вещества. Транспорт воды и глицерина через некоторые AQP может подавляться неспецифическими ртутьсодержащими соединениями, реагирующими с сульфгидрильными группами, такими как HgCl2, однако большой интерес представляет поиск нетоксичных AQP-селективных ингибиторов (8, 9).

Экспрессия аквапоринов в тканях глаза: косвенные данные об их роли в физиологии глаза

На рис. 1 обобщены места транспорта жидкости (панель A) и экспрессии белков AQP (панель B) в глазу. Экспрессия AQP0 (MIP) в волокнах хрусталика известна много лет, и её участие в прозрачности хрусталика и катарактогенезе хорошо установлено. Мутации AQP0 у людей связаны с врождённой катарактой (10). Однако механизмы, посредством которых дефицит AQP0 вызывает катаракту, остаются неизвестными. Аквапорин 1 сильно экспрессируется в эндотелиальных клетках и кератоцитах роговицы, а также в непигментном цилиарном эпителии и в эпителии на передней поверхности роговицы. Аквапорин 3 экспрессируется во всём эпителии роговицы и конъюнктивы на глазной поверхности. Аквапорин 5 также сильно экспрессируется в эпителии роговицы. Аквапорин 4 экспрессируется в клетках Мюллера сетчатки и колокализуется с AQP1 в непигментном цилиарном эпителии. Характер экспрессии AQP в глазу даёт косвенные свидетельства их возможного участия в регуляции внутриглазного давления (AQP1 и AQP4), прозрачности роговицы и хрусталика (AQP0, AQP1 и AQP5), передаче зрительного сигнала и отёке сетчатки после повреждения (AQP4), барьерной функции роговицы и конъюнктивы (AQP3) и образовании слезы слёзными железами (AQP5). Наша лаборатория получила трансгенных мышей, лишённых по отдельности основных глазных AQP, чтобы установить их физиологические функции. Как описано ниже, ряд предсказанных функций, например участие AQP1