Receptory nukleotydowe a praca nerki

Receptory nukleotydowe a praca nerki
STRESZCZENIE
N
erki odgrywają kluczową rolę w utrzymaniu stałości składu środowiska wewnętrznego
organizmu człowieka. Są narządem o budowie heterogennej, charakteryzującym się występowaniem złożonej sieci naczyń krwionośnych oraz licznych zakończeń nerwów współczulnych. W regulacji przepływu krwi przez naczynia krwionośne nerek, fundamentalnego
procesu dla utrzymania prawidłowej funkcji tego narządu, uczestniczą receptory nukleotydowe P2. W warunkach fizjologicznych osocze przepływające przez nerki ulega filtracji
przez filtr kłębuszkowy. Zmiany aktywności receptorów P2 zlokalizowanych na komórkach
filtru kłębuszkowego modyfikują właściwości fizykochemiczne filtru. Elektrolity, woda oraz
związki drobnocząsteczkowe podlegają procesom reabsorpcji i/lub sekrecji w cewce bliższej
i dalszej nefronu. Tempo filtracji kłębuszkowej oraz procesów cewkowych są stale dostosowywane do siebie, między innymi za pośrednictwem receptorów P2, a regulacja odbywa się
w kierunku zstępującym (tzw. równowaga kłębuszkowo-cewkowa) oraz wstępującym (tzw.
sprzężenie cewkowo-kłębuszkowe). Receptory P2 nerek są zaangażowane również w regulację systemowego ciśnienia tętniczego krwi oraz gospodarki węglowodanowej.
WPROWADZENIE
Nerki pod względem morfologicznym i funkcjonalnym są heterogennym
narządem, bogato współczulnie unerwionym oraz ukrwionym, chociaż większość krwi (80–90%) przepływa przez zewnętrzne obszary miąższu nerek (tzw.
korę nerek), a pozostała ilość przez obszary wewnętrzne (tzw. rdzeń nerek).
Podstawową jednostką anatomiczno-funkcjonalną nerek jest nefron składający się z kłębuszka nerkowego, cewki bliższej, pętli Henlego oraz cewki dalszej.
Poszczególne struktury nefronu cechują się uporządkowaniem przestrzennym
polegającym na korowej lokalizacji kłębuszków nerkowych, występowaniem
dwukierunkowych pętli Henlego tj. początkowo przebiegających ku rdzeniu
a następnie zmieniającymi kierunek przebiegu o 180° oraz cewkami dalszymi
ostatecznie przebiegającymi ku rdzeniu. Komórki nabłonkowe cewek są komórkami spolaryzowanymi; błona szczytowa zwrócona jest ku światłu cewki, a błona podstawno-boczna skierowana jest w kierunku śródmiąższu nerek. Również
polaryzacji podlega dystrybucja receptorów nukleotydowych (Tab. 1) [6,40].
Tabela 1. Lokalizacja receptorów nukleotydowych w komórkach cewek nerkowych.
Lokalizacja
błona
szczytowa
błona
podstawno-boczna
nieokreślona
Komórki cewki
bliższej
P2X5
P2Y1
P2X4,6
P2Y4,6
–
P2Y2
Pętla
Henlego
–
P2Y2
–
P2Y2
P2X4,6
P2Y1,4,6
Komórki cewki
dalszej
P2X4
P2Y2
–
P2Y2
P2X5,6
P2Y1,4,6
Maciej Jankowski
Zakład Chemii Klinicznej, Katedra Analityki
Klinicznej, Gdański Uniwersytet Medyczny,
Gdańsk
Zakład Chemii Klinicznej, Katedra Analityki
Klinicznej, Gdański Uniwersytet Medyczny,
ul. Dębinki 7, 80 -210 Gdańsk, tel.: (58) 349 27
76, e-mail: [email protected]

Artykuł otrzymano 16 września 2014 r.
Artykuł zaakceptowano 20 października
2014 r.
Słowa kluczowe: cewka, nerka, nefron, receptory nukleotydowe
Wykaz skrótów: ADH — wazopresyna; AMPK
— kinaza białkowa aktywowana przez AMP;
AQP — akwaporyna; [Ca2+] — stężenie jonów
wapnia; cAMP — cykliczny AMP; COX — cyklooksygenza; CTGF (ang. connecting tubuloglomerular feedback) — sprzężenie cewka dalsza-kłębuszek nerkowy; Cx — koneksyna; ENaC
(ang. epithelial sodium channel)– nabłonkowy
kanał sodowy; EP3 (ang. prostaglandin E receptor
3) — receptor dla prostaglandyny; ET-1 — endotelina 1; GTB (ang. glomerulartubular balance)
— równowaga kłębuszkowo-cewkowa; NHE3
(ang. sodium-hydrogen antiporter 3 also known as
sodium-hydrogen exchanger 3) — wymieniacz jonów sodu na jon wodoru; PGE2 — prostaglandyna PGE2; PKA — kinaza białkowa A; PKC —
kinaza białkowa C; PLC — fosfolipaza C; TGF
(ang. tubuloglomerular feedback) — sprzężenie
cewkowo-kłębuszkowe; TRPC6 (ang. transient
receptor potential cation channel) — kanał jonowy; UT-A1/UT-A2 (ang. urea transporters) —
białka transportujące mocznik
Na podstawie [6,40].
U ssaków nerki pełnią kluczową rolę w utrzymaniu stałości składu chemicznego środowiska wewnętrznego i objętości płynu pozakomórkowego organizmu dostosowując wielkość wydalania jonów (np. Na+, K+) oraz wody do
aktualnego zapotrzebowania organizmu. Nerki biorą udział w regulacji gospodarki kwasowo-zasadowej poprzez wydalanie z moczem jonów wodorowych
oraz produkcję anionu wodorowęglanowego. Ponadto, wydalają z organizmu
związki chemiczne pochodzenia endogennego (np. mocznik, kwas moczowy)
oraz egzogennego (np. leki), których podwyższone stężenie mogłoby zakłócić
prawidłową funkcję narządów wewnętrznych. Jest to tzw. funkcja wydalnicza
nerek, która uwarunkowana jest tempem procesów zachodzących w obrębie
nefronu, zarówno w kłębuszkach nerkowych, filtracją osocza jak również w
cewkach nerkowych, reabsorpcją i/lub sekrecją jonów i związków drobnocząPostępy Biochemii 60 (4) 2014
475
steczkowych. Mocz pierwotny, którego powstaje około 180
litrów na dobę, ulega w cewkach nerkowych zagęszczeniu
tak, że ostatecznie człowiek wydala 0,5–2 l wody na dobę
w zależności od jej podaży. Nerki poprzez zdolność do
zagęszczania i rozcieńczania moczu regulują objętość wydalanego moczu; osmolalność moczu mieści się w zakresie
50–1200 mOsm/kg H2O.
Tempo filtracji kłębuszkowej wpływa na tempo procesów zachodzących w cewkach i vice versa. Dotychczas
opisano trzy zjawiska dostosowujące aktywność procesów
zachodzących w kłębuszku i cewkach nerkowych. Są nim:
równowaga kłębuszkowo-cewkowa (GTB, ang. glomerulartubular balance) będącą składową regulacji zstępującej oraz
dwa elementy regulacji wstępującej - sprzężenie cewkowo-kłębuszkowe (TGF, ang. tubuloglomerular feedback) oraz
sprzężenie cewka dalsza-kłębuszek nerkowy (CTGF, ang.
connecting tubuloglomerular feedback). Aktywny udział w regulacji zstępującej i wstępującej pełnią receptory nukleotydowe [9]. Ponadto, nerki biorą aktywny udział w regulacji
systemowego ciśnienia tętniczego krwi, gospodarki węglowodanowej oraz mineralnej, jak również pełnią funkcję
narządu endokrynnego produkującego 1,25-(OH)2D3 (ang.
1,25-dihydroxyvitamin D3) oraz erytropoetynę. Poprzez te
dwa związki, nerki wpływają odpowiednio na gospodarkę
mineralną ustroju oraz erytropoezę. U podstaw sprawowanych przez nerki różnorodnych funkcji leży prawidłowy
przepływ krwi przez ten narząd w regulacji, którego istotną
rolę pełnią receptory P2 [7,14,18].
REGULACJA HEMODYNAMIKI
NERKOWEJ I KŁĘBUSZKOWEJ
W warunkach fizjologicznych, u dorosłego człowieka,
przez naczynia tętnicze obu nerek w ciągu jednej minuty
przepływa około 1100 ml krwi (~650 ml osocza), co stanowi
około 22% objętości wyrzutowej serca. Na komórkach naczyń tętniczych nerek występują receptory nukleotydowe
P2, a dystrybucja poszczególnych rodzajów receptorów P2
jest zależna od średnicy naczynia (Ryc. 1). Tętnica nerkowa w miąższu nerki sukcesywnie dzieląc się, przechodzi w
tętniczki doprowadzające, które następnie rozgałęziając się
tworzą naczynia kapilarne kłębuszka nerkowego. Otoczone są one komórkami nabłonkowymi tworzącymi torebkę
Bowmana, a w dalszym przebiegu tworzą one cewkę bliższą, pętlę Henlego i cewkę dalszą. Cewki dalsze sąsiednich
Rycina 1. Rozmieszczenie receptorów nukleotydowych w naczyniach tętniczych
nerek w zależności od ich średnicy.
476
nefronów łączą się i tworzą cewkę zbiorczą. Pomiędzy naczyniami kapilarnymi kłębuszka nerkowego znajdują się
komórki mezangialne, które wraz z macierzą pozakomórkową tworzą mezangium. Ponadto, niewielka liczba komórek mezangialnych, w liczbie około 20, znajduje się poza kłębuszkiem nerkowym pomiędzy tętniczką doprowadzającą
i odprowadzającą, tworząc tzw. mezangium zewnętrzne.
Komórki mezangium zewnętrznego poszczególnych nefronów znajdują się w bezpośrednim kontakcie z komórkami
cewki dalszej tego samego nefronu tworząc plamkę gęstą.
Naczynia kapilarne kłębuszka nerkowego powtórnie łączą
się w jedno naczynie tętnicze, tzw. tętniczkę odprowadzającą, która w dalszym swoim przebiegu tworzy naczynia
kapilarne kory oraz rdzenia nerek. Cechą charakterystyczną naczyń kapilarnych rdzenia nerki jest występowanie
na komórkach śródbłonka tzw. perycytów, komórek pochodzenia mezenchymalnego, w których występują białka
kurczliwe np. α-aktyna mięśniówki gładkiej. W naczyniach
kapilarnych rdzenia nerek stwierdzono mRNA dla receptorów P2X1,3,7 oraz P2Y4,6, z tym, że mRNA dla receptorów P2Y
jest około 40 razy liczniej reprezentowane od mRNA dla
receptorów P2X [10]. Stosunkowo niewielka odległość perycytów od splotów nerwów współczulnych (∼1,5 µm) jest
czynnikiem sprzyjającym pobudzeniu receptorów P2 przez
ATP, wydzielany jako neurotransmiter w tych strukturach
autonomicznego układu nerwowego [11]. Innym źródłem
nukleotydów, w tym UTP, są komórki śródbłonka, komórki
cewek oraz przepływające przez naczynie kapilarne osocze. Nukleotydy, ATP, UTP, powodując skurcz perycytów
zmniejszają w ten sposób przepływ krwi przez naczynia
kapilarne rdzenia nerki. Z drugiej strony, ATP oddziałując
na receptory nukleotydowe zlokalizowane na komórkach
śródbłonka powoduje zależny od tlenku azotu rozkurcz
perycytów i zwiększenie przepływu krwi przez naczynia
kapilarne rdzenia nerki. Zatem, receptory nukleotydowe
występujące na perycytach mogą być zaangażowane w regulację przepływu krwi przez rdzeń nerki pełniący niezastąpioną rolę w procesie zagęszczania moczu [35].
Około 20% osocza przepływającego przez kłębuszki nerkowe ulega filtracji kłębuszkowej tworząc mocz pierwotny,
który praktycznie jest pozbawiony białek o masie cząsteczkowej większej od 70 kDa. Proces oczyszczania osocza zachodzi w kłębuszkach nerkowych (średnia liczba ~1 mln o
łącznym ciężarze <1 g) przez filtr kłębuszkowy utworzony
przez komórki śródbłonka naczyń kapilarnych kłębuszka
nerkowego, amorficznej błony podstawnej i komórki nabłonkowe tzw. podocyty [3]. Grubość filtru kłębuszkowego u człowieka wynosi niespełna 0,5 µm, a jego całkowita
powierzchnia szacowana jest na 0,1–0,5 m². Tempo filtracji
kłębuszkowej jest determinowane przez efektywne ciśnienie filtracyjne (PE) panujące w naczyniach kapilarnych kłębuszka nerkowego oraz wielkość i „szczelność” powierzchni filtracyjnej (Ryc. 2). Badania czynnościowe, wsparte
badaniami immunohistologicznymi oraz autoradiograficznymi dostarczyły dowodów wskazujących na obecność
receptorów P2X1 na tętniczkach doprowadzających [13].
Stan obkurczenia tych tętniczek determinuje w 80–90% całkowitą oporność naczyń nerkowych, która z kolei warunkuje wielkość przepływu krwi, ciśnienia filtracyjnego oraz
filtracji kłębuszkowej. W wyniku wzrostu systemowego ciśnienia tętniczego krwi w zakresie 80–180 mmHg, z komówww.postepybiochemii.pl
Rycina 2. Udział receptorów nukleotydowych w regulacji filtracji kłębuszkowej.
Objaśnienia: Φa — średnica tętniczki doprowadzającej, Φe — średnica tętniczki
odprowadzającej, PE — efektywne ciśnienie filtracyjne, RR — ciśnienie tętnicze
krwi.
rek tętniczki doprowadzającej dochodzi do zwiększonego
uwalniania ATP, który poprzez receptory P2X1 prowadzi
do skurczu tętniczki doprowadzającej i zmniejszenia przepływu krwi przez to naczynie tętnicze, utrzymując tempo
filtracji kłębuszkowej na stałym poziomie. Jest to tzw. zjawisko autoregulacji (Ryc. 2). W komórkach tętniczki doprowadzającej stwierdzono obecność paneksyny 1, która tworząc
kanał jonowy, umożliwia wyjście ATP z komórek do płynu pozakomórkowego, który w sposób auto-/parakrynny
może pobudzać receptory nukleotydowe [15]. Wykazano,
że w procesie skurczu tętniczki doprowadzającej, w którym
pośredniczą receptory P2X1, zaangażowane są metabolity
kwasu arachidonowego [58]. Udział receptorów P2X1 w
autoregulacji został również udokumentowany w doświadczeniach przeprowadzonych w obecności antagonisty receptorów P2X1 oraz na tętniczkach doprowadzających wyizolowanych zwierząt, u których zablokowano ekspresję
genu dla receptorów P2X1 [19,20,32]. Na udział receptorów
nukleotydowych w procesie autoregulacji wskazują także
doświadczenia, w których, stosując technikę mikrodializy
narządowej, wykazano, że zwiększenie ciśnienia tętniczego krwi prowadzi do około 12. krotnego wzrostu stężenia
ATP w płynie śródmiąższowym nerek [29]. Nota bene, stężenie ATP w płynie śródmiąższowym kory nerki, pobranym metodą mikrodializy narządowej, wynosi 10–40 nM,
aczkolwiek stężenie ATP w korze nerki oznaczone w czasie rzeczywistym przy pomocy metody elektrochemicznej
jest o 10 razy wyższe [33]. Natomiast w płynie cewkowym
stężenie ATP w odcinku S2 cewki bliższej wynosi około 100
nM i jest czterokrotnie wyższe od stężenia ATP w płynie
pobranym z torebki Bowmana. Różnica ta wynika z uwalniania tego nukleotydu do światła cewki przez komórki
nabłonka cewki bliższej [53]. Zdolność komórek nabłonkowych cewek bliższych do uwalniania nukleotydów została
potwierdzona in vitro. ATP jest uwalniany również przez
izolowane kłębuszki nerkowe jak również podocyty. In vitro
proces uwalniania ATP z kłębuszków nerkowych zachodzi
konstytutywnie w tempie 300 fmol/min/1000 kłębuszków,
a drażnienie mechaniczne zwiększa tą wartość o 35% [21].
Transport nukleotydów przez błonę komórkową odbywa
się drogą pęcherzykową lub przez kanały jonowe. Droga
pęcherzykowa, w której pęcherzyki cytoplazmatyczne łączą się z błoną komórkową uwalniając swoją zawartość do
Postępy Biochemii 60 (4) 2014
płynu pozakomórkowego jest charakterystyczna dla komórek pobudliwych, aczkolwiek badania przeprowadzone w
ostatnich latach wskazują na możliwość uwalniania ATP
na drodze pęcherzykowej również przez komórki niepobudliwe, np. komórki śródbłonka czy komórki nabłonkowe
cewki bliższej nefronu [5]. Dominującą jednak drogą uwalniania nukleotydów do płynu pozakomórkowego przez
komórki kłębuszków i cewek nerkowych są kanały jonowe,
utworzone przez białka budujące połączenia szczelinowe,
koneksyny i paneksyny. Obecność paneksyny 1 stwierdzono w błonie szczytowej komórek cewki bliższej, pętli Henlego oraz cewki zbiorczej, co sugeruje jej udział w transporcie
ATP z komórek do płynu cewkowego. Sugestie te zostały
potwierdzone w doświadczeniach przeprowadzonych na
genetycznie zmodyfikowanych zwierzętach. U myszy z zahamowaną ekspresją genu dla paneksyny 1 (Panx 1-/-) stężenie ATP w moczu jest o około 30% niższe niż u myszy z
prawidłową ekspresją genu dla paneksyny 1, u których stężenie ATP w moczu wynosi 31,2 ± 1,6 µM [15]. Innym białkiem zaangażowanym w transport ATP przez błonę komórkową jest izoforma 40 koneksyny (Cx40). Białko to występuje w komórkach śródbłonka naczyń kapilarnych kłębuszka
nerkowego i wraz z receptorami nukleotydowymi (Tab. 2)
uczestniczy w propagacji tzw. fali wapniowej, integrującej
odpowiedź komórek na czynniki naczynioruchowe, regulujące tempo filtracji kłębuszkowej [49]. Natomiast w błonie
szczytowej komórek wstawkowych cewki zbiorczej stwierdzono obecność izoformy 30 koneksyny (Cx30) tworzącej
struktury białkowe wrażliwe na stymulację mechaniczną,
np. zwiększony przepływ płynu cewkowego, czy też na
zwiększony gradient osmotyczny pomiędzy płynem śródmiąższowym a cewkowym. Zwiększonemu przepływowi
płynu cewkowego w odcinku dalszym nefronu, jaki występuje u zwierząt przebywających na diecie o zwiększonej zawartości jonów sodu towarzyszy zwiększone stężenie ATP
w moczu. Efekt ten jest zniesiony u zwierząt z genetycznie
zahamowaną ekspresją genu kodującego białko Cx30 [47].
W warunkach fizjologicznych wzrost systemowego ciśnienia tętniczego krwi do wartości 180 mmHg, a więc w
zakresie autoregulacji nerek, nie zwiększa tempa filtracji
kłębuszkowej natomiast powoduje zwiększenie przepływu płynu cewkowego przez poszczególne odcinki nefronu i zwiększenie wydalania jonów sodu z moczem. Jest to
tzw. natriureza ciśnieniowa, w której istotną rolę ogrywają
receptory P2 oraz Cx30. Mianowicie, zwiększone ciśnienie
tętnicze krwi prowadzi do wzrostu ciśnienia hydrostatycznego płynu śródmiąższowego nerek wywieranego na komórki cewek dalszych. W odpowiedzi komórki wstawkowe cewek dalszych wydzielają, przy udziale Cx30, ATP do
płynu cewkowego, który aktywując receptory nukleotydoTabela 2. Lokalizacja receptorów nukleotydowych na komórkach ciałka nerkowego zbudowanego z sieci naczyń kapilarnych i torebki kłębuszkowej.
Komórki strukturalne ciałka nerkowego
rodzaj
udział
mezangialne
31%
nabłonkowe
— trzewne (podocyty)
23%
— ścienne
15%
śródbłonkowe
31%
Receptory nukleotydowe
P2X1,3,2,4,7
P2Y1,2,4
P2X7
–
P2X1,4,7
P2Y1,2,6,11
P2Y2
P2Y1,2,4
Na podstawie [3,6,7,21].
477
we zlokalizowane na błonie szczytowej komórek głównych
cewek dalszych prowadzi do zahamowania wchłaniania z
płynu cewkowego wody i jonów sodu, czego konsekwencją jest zwiększenie przepływu płynu cewkowego. To z kolei odkształca rzęskę pierwotną komórek głównych, która
spełnia rolę czujnika przepływu płynu cewkowego [41]. Jej
odkształcenie prowadzi do zwiększenia wewnątrzkomórkowego [Ca2+] przy udziale mechanowrażliwych kanałów
TRPV4 tworzących heterokompleksy z kanałami wapniowymi TRPP2 oraz do zwiększonego uwalniania ATP do
płynu cewkowego z wykorzystaniem Cx30 i pobudzania
receptorów nukleotydowych zlokalizowanych na błonie
szczytowej komórek cewki dalszej [26]. W konsekwencji
dochodzi do zmniejszenia reabsorpcji jonów sodu i zwiększenia ich wydalania z moczem, czego efektem jest normalizacja ciśnienia tętniczego. Uważa się, że niezdolność nerek
do wydalenia nadmiernej ilości jonów sodu leży u podstaw
patogenetycznych pierwotnego nadciśnienia tętniczego
[34]. Zatem, niewykluczone jest to, że dla rozwoju wrażliwego na sód nadciśnienia tętniczego mogą mieć wpływ zaburzenia ekspresji genów dla receptorów nukleotydowych.
Ponadto, rzęska pierwotna, Cx30 oraz receptory nukleotydowe ogrywają również rolę w zwiększonej sekrecji jonów
potasu przez komórki cewki dalszej do płynu cewkowego
w wyniku zwiększonego przepływu tegoż płynu (z 0,5 nl/
min do 6 nl/min). Zwiększone uwalnianie ATP do płynu
cewkowego w wyniku odkształcenia rzęski pierwotnej pobudza receptory nukleotydowe P2Y prowadząc do wzrostu
wewnątrzkomórkowego [Ca2+] i aktywacji kanału potasowego KCa1.1, czego efektem jest zwiększone wydzielanie jonów potasu do płynu cewkowego, a w konsekwencji zwiększone wydalanie jonów potasu z moczem [6,52].
Na wielkość przepływu krwi przez kłębuszek nerkowy
wpływa również aktywność biologiczna komórek kłębuszka nerkowego będących bądź to efektorami skurczu/rozkurczu (komórki mezangialne, podocyty) bądź to miejscem
syntezy (komórki śródbłonka) substancji wywierających
wpływ na stopień obkurczania komórek kurczliwych. Na
komórkach kłębuszka nerkowego oraz komórkach nabłonkowych wyścielających występują receptory P2X oraz P2Y
(Tab. 2), a ich aktywacja modyfikuje przepływ krwi przez
kłębuszek nerkowy oraz przepuszczalność filtru kłębuszkowego [4,13,52]. Mezangiocyty wpływają na dystrybucję
krwi w naczyniach kapilarnych kłębuszka nerkowego regulując przepływ krwi przez naczynia wewnątrz kłębuszków,
wpływając jednocześnie na wielkość powierzchni filtracyjnej. Natomiast podocyty są komórkami zdolnymi do skurczu izometrycznego, co umożliwia im przeciwstawienie
się wewnątrzkłębuszkowym siłom napędzającym filtrację
kłębuszkową i utrzymanie odpowiedniej struktury przestrzennej kłębuszka nerkowego. Występowanie receptorów
nukleotydowych na komórkach kłębuszka nerkowego mogących ulegać skurczowi/rozkurczowi, a zarazem podlegającymi wpływowi czynników produkowanych i wydzielanych przez komórki śródbłonka stwarza możliwości do
precyzyjnej regulacji przepływu krwi przez naczynia kapilarne kłębuszka nerkowego i utrzymywania tempa filtracji
kłębuszkowej w fizjologicznym oknie homeostatycznym.
Istotne zagadnienie dotyczące funkcjonowania kłębuszka nerkowego stanowi regulacja via receptory P2 funkcji
478
komórek tworzących zewnętrzną warstwę bariery filtracyjnej, podocytów [17]. W warunkach fizjologicznych podocyty nie ulegają podziałom, a ewentualna ich utrata jest
wyrównywana w wąskim zakresie przez hipertrofię podocytów pozostałych w danym kłębuszku nerkowym lub
przez różnicowanie się niektórych komórek kłębuszka nerkowego lub szpiku kostnego w kierunku podocytów. Zatem, niezmiernie istotne jest wykształcenie mechanizmów,
które będą ograniczały zachodzenie reakcji biochemicznych prowadzących do wytworzenia szkodliwych metabolitów np. wolnych rodników tlenowych, czy też „netto”
zużywających energię komórek. Aktywacja receptorów
nukleotydowych modyfikuje produkcję wolnych rodników tlenowych. Krótkotrwała aktywacja receptorów P2Y (1
min) zmniejsza aktywność oksydazy NAD(P)H, głównego
źródła rodników tlenowych w podocytach, natomiast przedłużona do 4 godzin ekspozycja podocytów na zewnątrzkomórkowe ATP prowadzi do wzrostu aktywności oksydazy
NAD(P)H [12,37]. Receptory P2Y uczestniczą w aktywacji
kanału wapniowego TRPC6 (ang. transient receptor potential
cation channel), który w obecności białka podocyny łączy
się z NOX2, katalityczną podjednostką oksydazy NAD(P)
H. TRPC6 jest aktywowany również przez wolne rodniki
tlenowe, a utworzenie kompleksu TRPC6-NOX2 zwiększa
efektywność stymulacji rodnikowej [42]. Niektóre leki np.
metformina zmniejszają aktywność oksydazy NAD(P)H
w podocytach poprzez stymulację uwalniania ATP z tych
komórek i auto/parakrynne pobudzanie receptorów nukleotydowych [38]. Nadto, ATP zwiększa aktywność kinazy
białkowej aktywowanej przez AMP (AMPK), enzymu pełniącego rolę czujnika energetycznego komórki [37]. Zwiększona aktywność AMPK, do jakiej dochodzi w sytuacji deficytu energetycznego komórki, prowadzi do zmniejszania
aktywności przemian „netto” zużywających energię przy
jednoczesnym zwiększeniu tempa przemian dostarczających energię dla komórki, np. glikolizy. W tym świetle zrozumiały jest efekt aktywacji receptorów P2Y prowadzący do
zwiększenia tempa transportu glukozy do podocytów [24].
HIPOTEZA POMPY KŁĘBUSZKOWEJ
Na rycinie 3 przedstawiono schematycznie funkcjonowanie tzw. „pompy kłębuszkowej” i udziału receptorów nukleotydowych w tym procesie. Mechanizm sprowadza się do
występowania w kłębuszku nerkowym ogniskowych, indukowanych pobudzeniem receptorów P2, kompensacyjnych
zmian tempa filtracji kłębuszkowej przeciwstawiających się
działaniu czynnika sprawczego. Ogniskowe zmniejszenie
przepływu kłębuszkowego i tempa filtracji wynikające ze
skurczu komórek mezangialnych prowadzi do zwiększonego uwolnienia nukleotydów, które pobudzając receptory
nukleotydowe znajdujące się na komórkach śródbłonka naczyń kapilarnych kłębuszka nerkowego, doprowadzają do
zależnego od tlenku azotu i cGMP ogniskowego rozkurczu
mezangiocytów, a w konsekwencji powrotu tempa filtracji do wartości sprzed zadziałania czynnika sprawczego.
W sytuacji, gdy czynnik sprawczy prowadzi do rozkurczu
mezangiocytów i wzrostu tempa filtracji, uwalnianie nukleotydu powoduje pobudzenie receptorów nukleotydowych
zlokalizowanych zarówno na komórkach śródbłonka jak
i mezangiocytów, jednakże w warunkach fizjologicznych
ujawnia się efekt skurczu mezangiocytów prowadzący do
www.postepybiochemii.pl
komórek cewki bliższej wpływając na tempo reabsorpcji
jonów wodorowęglanowych w tym odcinku nefronu. Aktywacja receptorów P2Y1 lokalizowanych na błonie podstawno-bocznej powoduje zwiększenie lepkości płynu
śródmiąższowego i zwiększone tempo transportu paracelularnego jonu wodorowęglanowego przy jednoczesnych
zahamowaniu reabsorpcji jonu wodorowęglanowego wynikającego z pobudzenia receptorów P2Y1 zlokalizowanych
na błonie szczytowej.
Rycina 3. Hipoteza pompy kłębuszkowej uwarunkowanej aktywnością receptorów nukleotydowych. Inne wyjaśnienia w tekście pracy.
normalizacji tempa filtracji kłębuszkowej. Reasumując, w
krążeniu kłębuszkowym znajdują się jednocześnie ogniska
zarówno o zwiększonym jak i o zmniejszonym przepływie.
Aktywacja w tych miejscach receptorów nukleotydowych
prowadzi do przeciwstawnych zmian. Ogniskowe zamiany
przepływu krwi przez kłębuszek zachodzą w sposób naprzemienny i ciągły; mogą ułatwiać przepływ krwi podlegającej filtracji, w wyniku której dochodzi do jej znacznego
zagęszczenia [16,22].
ZAANGAŻOWANIE RECEPTORÓW
NUKLEOTYDOWYCH W SAMOREGULACJI CZYNNOŚCI
NEFRONU; REGULACJA ZSTĘPUJĄCA I WSTĘPUJĄCA
W każdym nefronie istnieją mechanizmy wzajemnie dostosowujące tempo filtracji do tempa wchłaniania cewkowego [46] (Ryc. 4).
Równowaga kłębuszkowo-cewkowa oznacza odpowiednie zmiany dostosowawcze w cewkach bliższych oraz w ich
środowisku, śródmiąższu nerek i naczyniach krwionośnych
kory nerek, powodujące zwiększenie tempa reabsorpcji
wody i elektrolitów w odpowiedzi na zwiększone tempo
filtracji kłębuszkowej; w warunkach modelowych frakcja
filtracyjna może pozostać na niezmienionym poziomie. Proces ten jest niezależny od hormonów np. angiotensyny II,
przedsionkowego czynnika natriuretycznego czy aldosteronu oraz aktywacji nerwów współczulnych. Uważa się,
że aktywność GTB może być regulowana przez jednoczesną aktywację receptorów nukleotydowych P2Y1 zlokalizowanych na błonie podstawno-bocznej i błonie szczytowej
Rycina 4. Autonomiczna regulacja funkcji nefronu. Regulacja ta ma charakter
bądź zstępujący, kiedy tempo filtracji kłębuszkowej warunkuje tempo procesów
zachodzących w cewce bliższej bądź też wstępujący, kiedy tempo procesów zachodzących w cewkach dalszych warunkują tempo filtracji kłębuszkowej.
Postępy Biochemii 60 (4) 2014
Regulacja wstępująca oparta jest o sygnalizację pomiędzy komórkami cewki dalszej, a tętniczką doprowadzającą
i komórkami kłębuszka nerkowego. Kluczowe miejsce w
regulacji wstępującej zajmuje plamka gęsta, której komórki
są wrażliwe na zmiany wielkości przepływu płynu cewkowego oraz [NaCl]; zwiększony przepływ pobudza rzęskę
pierwotną natomiast NaCl jest transportowany do komórek
przez kotransporter Na/K/2Cl (NKCC2). I tak, zwiększenie
przepływu i/lub zwiększenie [NaCl] w okolicy plamki gęstej uwalnia ATP powodujący powstanie i przemieszczanie
się fali wapniowej w komórkach mięśniówki gładkiej tętniczki doprowadzającej, mezangiocytach zewnątrzkłębuszkowych i wewnątrzkłębuszkowych, która po 20–40 sekundach dociera do podocytów [2,36]. W efekcie dochodzi do
skurczu komórek, co w konsekwencji ogranicza przepływ
krwi przez kłębuszek nerkowy i zmniejsza tempo filtracji
kłębuszkowej. W wyniku czego zmniejsza się wielkość przepływu płynu cewkowego i [NaCl] w okolicy plamki gęstej.
Kwestią nierozstrzygniętą jest udział receptorów nukleotydowych w TGF. Sądzono, że ATP uwalniany przez komórki
plamki gęstej, w nieokreślony sposób mógłby docierać do
komórek efektorowych dla TGF zlokalizowanych na komórkach kłębuszka nerkowego i tętniczce doprowadzającej i tam pobudzać receptory P2X prowadząc do skurczu
mezagiocytów oraz miocytów. Jednakże nie stwierdzono
zaburzeń dotyczących TGF u zwierząt z zahamowaną ekspresją genu dla receptora P2X1 oraz w obecności suraminy,
antagonisty receptorów nukleotydowych [31,43]. Dlatego
też wydaje się prawdopodobne, że komórki plamki gęstej
uwalniają ATP, który w płynie pozakomórkowym ulega defosforylacji do adenozyny, a ta pobudzając receptory A1AR
zlokalizowane na tętniczce doprowadzającej i mezangiocytach powoduje ich skurcz w efekcie zmniejsza tempo filtracji kłębuszkowej [9,32,44].
REGULACJA GOSPODARKI WODNEJ
Komórki główne cewki zbiorczej są kluczowym miejscem
regulatorowym dla utrzymania homeostazy gospodarki
wodnej, a wewnątrzkomórkowym efektorem jest akwaporyna 2 (AQP2). Reabsorpcja wody w tym odcinku nefronu
kontrolowana jest przez wazopresynę (ADH), neurohormon pochodzenia podwzgórzowego regulujący ilość AQP2
w błonie szczytowej komórek na drodze zwiększonej internalizacji pęcherzyków cytoplazmatycznych zawierających
AQP2, regulacja krótkoterminowa oraz zwiększonej ekspresji genu dla akwaporyny 2, regulacja długoterminowa.
W błonie podstawno-bocznej komórek głównych znajdują
się AQP3 i AQP4 o konstytutywnej ekspresji odpowiednich
genów. Zgodnie z gradientem osmotycznym, wytworzonym gównie przez mocznik, przez kanały AQP3 i AQP4
przechodzą cząsteczki wody do płynu śródmiążowego ne-
479
rek, a stąd do płynu wewnątrznaczyniowego naczyń krwionośnych nerek i krążenia systemowego. ADH oddziałuje
z receptorami V2R zlokalizowanymi na błonie podstawno-bocznej komórek głównych cewek zbiorczych i prowadzi, na drodze zależnej od białka Gs, do wzrostu stężenia
cAMP w komórce z następczą aktywacja kinazy białkowej
A. Komórki główne produkują i wydzielają czynniki, które
ograniczają efekt ADH, endotelina 1 (ET-1), prostaglandyna
PGE2 (PGE2) oraz nukleotydy. ET-1 pobudzając receptory
ETB zmniejsza aktywność PKA na drodze zależnej od PLC i
PKC, a jednocześnie zwiększa aktywność cyklooksygenzy 1
(COX1), co prowadzi do pobudzenia komórek do produkcji i wydzielania PGE2. Prostaglandyna ta aktywując receptory EP3 i pobudzając białko Gi prowadzi do zmniejszenia
aktywności PKA. Ponadto, aktywacja EP3 obniża aktywność PKA na drodze zależnej od PKC i PLC. ADH zwiększa uwalnianie nukleotydów z komórek głównych cewek
zbiorczych. Na komórkach tych w błonie szczytowej oraz
podstawno-bocznej występują receptory P2Y2. Pobudzenie
receptorów zlokalizowanych na błonie podstawno-bocznej,
ale nie szczytowej, prowadzi do zmniejszenia antydiuretycznego efektu działania wazopresyny [48]. W doświadczeniach przeprowadzonych na izolowanych komórkach
cewki zbiorczej, ATP zmniejsza o 30% produkcję cAMP stymulowaną przez ADH. Efekt ten jest zależny od PKC i towarzyszy jemu zmniejszenie o około 40% przepuszczalności
błony szczytowej dla wody. Ponadto, w działanie ATP powodujące osłabienie efektu ADH jest zaangażowany COX
1. ATP zwiększa degradację AQP2 w lizosomach, a długotrwała ekspozycja komórek na pobudzenie receptorów
nukleotydowych zmniejsza ekspresję genu dla AQP2 [55].
Stwierdzono, że stężenie ADH we krwi wpływa na ilość receptorów P2Y2; u zwierząt odwodnionych z towarzyszącym
zwiększonym stężeniem ADH stwierdzono zmniejszone
ilość receptorów P2Y2 natomiast u zwierząt przewodnionych z towarzyszącym zmniejszonym stężeniem ADH ilość
receptorów P2Y2 jest zwiększona [30]. Hamujący wpływ
receptorów nukleotydowych na transport wody przez
APQ2 został potwierdzony na modelu zwierząt knockout
P2Y2-/- [39]. U zwierząt tych stwierdzono zwiększony poziom AQP2 w błonie szczytowej komórek głównych cewki
zbiorczej [51]. Ponadto, zwierzęta te cechują się zwiększoną syntezą AQP3 oraz białek transportowych dla mocznika UT-A1, oraz UT-A2 w rdzeniu nerek. Wyniki dotyczące
produkcji białek transportowych dla mocznika są spójne z
danymi otrzymanymi z doświadczeń, w których stymulacja
komórek cewek zbiorczych hamuje transport mocznika w
tej części nefronu. Jak opisano powyżej efekt diuretyczny
wywiera pobudzenie receptorów P2Y2 zlokalizowanych na
błonie podstawno-bocznej, ale wydaje się również prawdopodobne, że podobny efekt może wywierać pobudzenie receptorów P2X2 oraz P2Y4 zlokalizowanych w błonie szczytowej komórek głównych cewki zbiorczej [26].
REGULACJA GOSPODARKI SODOWEJ
W warunkach fizjologicznych filtracji kłębuszkowej ulega około 630 g jonów sodu na dobę, z czego tylko 0,5% jest
wydalana z moczem, reszta ulega reabsorpcji w cewce bliższej (60–70% całkowitej ilości jonów ulegających reabsorpcji), pętli Henlego (20–30%) i cewce dalszej (10%). W zależności od miejsca w nefronie jony sodu są transportowane
480
przez błonę szczytową komórek cewek za pośrednictwem
białek kotransportowych, np. z glukozą — SGLT (ang. sodium-dependent glucose cotransporter or sodium-glucose linked
transporter), fosforanami — NaPi (ang. sodium/phosphate cotransporter) czy jonami chlorkowymi — NCC (ang. sodium-chloride symporter) i potasowymi — NKCC2 (ang. Na-K-Cl
cotransporter) (cewka bliższa i pętla Henlego), czy nabłonkowego kanału sodowego — ENaC (cewka dalsza). Natomiast
jony sodu przez błonę podstawno-boczną komórek cewek
są transportowane na całej długości nefronu aktywnie przy
udziale Na+/K+/ATPazę. Przechodząc do analizy efektów
pobudzenia receptorów nukleotydowych na gospodarkę jonami sodu należy mieć na uwadze topograficzną współzależność pomiędzy poszczególnymi białkami transportowymi komórek nefronu oraz kompensacyjnym działaniem białek transportowych zlokalizowanych dystalnie w stosunku
do miejsca pobudzenia receptorów nukleotydowych [50].
Na znaczenie receptorów nukleotydowych w gospodarce
jonami sodu wskazały wyniki doświadczeń przeprowadzonych na zwierzętach z zahamowaną ekspresją genu dla
receptorów P2Y2. Mianowicie myszy P2Y2-/- charakteryzują
się niezdolnością do wydalenia nadmiernych ilości jonów
sodu przyjętych w diecie i rozwojem wrażliwego na sód
nadciśnienia tętniczego. Ponadto, u zwierząt tych stwierdza
się zmniejszoną aktywność reniny osocza krwi oraz obniżone stężenie we krwi aldosteronu oraz potasu. U podstaw
molekularnych tych zaburzeń leży zwiększone prawdopodobieństwo otwarcia nabłonkowego kanału sodowego
(ENaC) i zwiększona reabsorpcja jonów sodu w odcinku
dalszym nefronu [55]. Zatem pobudzenie receptorów P2Y2
i aktywacja fosfolipazy C w komórkach cewki dalszej prowadzi na zmniejszonego wydalania jonów sodu z moczem.
ENaC jest białkiem efektorowym dla aldosteronu, który
wydzielany jest przez korę nadnerczy przy obniżonym
stężeniu jonów sodu we krwi czy też spadku efektywnej
jej objętości. Natomiast zwiększona zawartość jonów sodu
w diecie zmniejsza wydzielanie aldosteronu i reabsorpcję
jonów sodu oraz zwiększa wydalanie ATP z moczem. Jest
prawdopodobne, że efekt ten jest wynikiem zwiększonego
przepływu płynu cewkowego, zwiększonego wydzielania
ATP przez Cx30, aktywacji receptorów P2Y2 i zahamowania
aktywności ENaC [28]. Postuluje się również udział mechanizmu Cx30-P2Y2-ENaC w tzw. zjawisku ucieczki aldosteronu, kiedy to przy zwiększonym stężeniu mineralokortykosterydów we krwi i diety o wysokiej zawartości sodu
obserwuje się zwiększone wydalanie jonów sodu z moczem
[48]. Aktywacja receptorów P2X hamuje reabsorpcję jonów
sodu w pętli Henlego [27,45]. Interesujących danych dotyczących działania receptorów nukleotydowych dostarczyły
tzw. doświadczenia klirensowe1 u znieczulonych zwierząt,
którym dożylnie podawano agonistów i/lub antagonistów
receptorów nukleotydowych. Mianowicie aktywacja receptorów P2X zlokalizowanych w cewce bliższej prowadzi do
zmniejszenia aktywności Na+/K+/ATPazy i zwiększonego
wydania jonów sodu z moczem [23]. Ponadto, wydaje się,
że receptory P2X znajdują się pod tonicznym hamującym
wpływem układu adrenergicznego [25]. Z kolei pobudzenie receptorów P2Y prowadzi do zwiększenia aktywności
Klirens (współczynnik oczyszczania) — objętość osocza całkowicie
oczyszczonego z danej substancji w jednostce czasu. Wyraża sprawność, z jaką osocze zostaje oczyszczone z danej substancji. Stosuje się
najczęściej do określenia funkcji nerek klirens kreatyniny.
1
www.postepybiochemii.pl
Na+/K+/ATPazy w cewce bliższej, czego efektem może być
zmniejszone wydalanie jonów sodu z moczem [54].
MODYFIKACJA GOSPODARKI
KWASOWO-ZASADOWEJ
Dorosła osoba przebywająca na diecie bogato białkowej
w krajach wysoko uprzemysłowionych produkuje dziennie
około 50-70 mEq jonów wodorowych, które następnie są
buforowane w płynie pozakomórkowym, między innymi,
przez bufor wodorowęglanowy. Aniony wodorowęglanowe, jako niewielkie cząsteczki przechodzą w 90% przez filtr
kłębuszkowy do moczu pierwotnego. Z płynu cewkowego
są praktycznie w całości reabsorbowane; w większości, tj.
w 80% proces ten zachodzi w cewce bliższej z udziałem
anhydrazy węglanowej oraz wymieniacza (NHE3, błona
szczytowa) jonów sodu na jon wodoru, transportujących
jony wodorowe do płynu cewkowego i elektrogennego kotransportera dla jonów sodu i jonów wodorowęglanowych
(NBC1, błona podstawno-boczna) przenoszącego anion
wodorowęglanowy z płynu komórkowego do płynu śródmiąższowego nerek. Wykazano, że aktywacja receptorów
P2Y1 zlokalizowanych na błonie szczytowej powoduje zahamowanie do 50% reabsorpcji wodorowęglanów. Efekt
ten jest zależny od fosfolipazy C oraz kinazy białkowej A
[1]. Wyniki uzyskane z doświadczeń przeprowadzonych na
komórkach A6 z wprowadzonym genem kodującym NHE3
dostarczyły przesłanek wskazujących na to, że zahamowanie reabsorpcji jonów wodorowęglanowych pod wpływem
stymulacji receptorów P2Y1 może być wynikiem zmniejszonej aktywności NHE3, a efekt ten jest zależny od cAMP i
kinazy białkowej A. Z drugiej strony jednoczesna aktywacja
receptorów P2Y1 na błonie szczytowej i podstawno-bocznej
prowadzi do wzrostu reabsorpcji jonów wodorowęglanowych [26].
W warunkach fizjologicznych, w stanie poresorpcyjnym,
nerki dostarczają około 25% wytwarzanej de novo w organizmie glukozy, a głównym substratem dla tej przemiany
jest mleczan. Udział nerek w produkcji glukozy wzrasta w
miarę utylizacji wątrobowych zapasów glikogenu. Miejscem syntezy glukozy są cewki bliższe. Stymulacja receptorów P2Y prowadzi do aktywacji glukoneogenezy [8]. Po
uwzględnieniu receptorów, których obecność zaobserwowano w cewce bliższej jest prawdopodobne, że w proces ten
mogą być zaangażowane receptory P2Y1,4,6.
PIŚMIENNICTWO
1. Bailey MA (2004) Inhibition of bicarbonate reabsorption in the rat proximal tubule by activation of luminal P2Y1 receptors. Am J Physiol
287: F789-789
2. Bell PD, Komlosi P, Zhang ZR (2009) ATP as a mediator of macula
densa cell signalling. Purinergic Signal 5: 461-471
3. Bertram JF, Soosaipillai MC, Ricardo SD, Ryan GB (1992) Total numbers of glomeruli and individual glomerular cell types in the normal
rat kidney. Cell Tissue Res 270: 37-45
4. Birch RE, Schwiebert EM, Peppiatt-Wildman CM, Wildman SS (2013)
Emerging key roles for P2X receptors in the kidney. Front Physiol 4:
262
5. Bjaelde RG, Arnadottir SS, Overgaard MT, Leipziger J, Praetorius HA
(2013) Renal epithelial cells can release ATP by vesicular fusion. Front
Physiol 4: 238
Postępy Biochemii 60 (4) 2014
6. Burnstock G, Evans LC, Bailey MA (2014) Purinergic signalling in the
kidney in health and disease. Purinergic Signal 10: 71-101
7. Burnstock G, Ralevic V (2013) Purinergic signaling and blood vessels
in health and disease. Pharmacol Rev 66: 102-192
8. Cha SH, Jung KY, Endou H (1995) Effect of P2Y-purinoceptor stimulation on renal gluconeogenesis in rats. Biochem Biophys Res Commun
211: 454-461
9. Castrop H (2007) Mediators of tubuloglomerular feedback regulation
of glomerular filtration: ATP and adenosine. Acta Physiol (Oxf) 189:
3-14
10.Crawford C, Kennedy-Lydon TM, Callaghan H, Sprott C, Simmons
RL, Sawbridge L, Syme HM, Unwin RJ, Wildman SS, Peppiatt-Wildman CM (2011) Extracellular nucleotides affect pericyte-mediated
regulation of rat in situ vasa recta diameter. Acta Physiol (Oxf) 202:
241-251
11.Crawford C, Wildman SS, Kelly MC, Kennedy-Lydon TM, Peppiatt-Wildman CM (2013) Sympathetic nerve-derived ATP regulates renal
medullary vasa recta diameter via pericyte cells: a role for regulating
medullary blood flow? Front Physiol 4: 307
12.Greiber S, Münzel T, Kästner S, Müller B, Schollmeyer P, Pavenstädt H
(1998) NAD(P)H oxidase activity in cultured human podocytes: effects
of adenosine triphosphate. Kidney Int 53: 654-663
13.Guan Z, Osmond DA, Inscho EW (2007) P2X receptors as regulators of
the renal microvasculature. Trends Pharmacol Sci 28: 646-652
14.Guan Z, Osmond DA, Inscho EW (2007) Purinoceptors in the kidney.
Exp Biol Med 232: 715-726
15.Hanner F, Lam L, Nguyen MT, Yu A, Peti-Peterdi J (2012) Intrarenal
localization of the plasma membrane ATP channel pannexin1. Am J
Physiol 303: F1454-1459
16.Höhne M, Ising C, Hagmann H, Völker LA, Brähler S, Schermer B,
Brinkkoetter PT, Benzing T (2013) Light microscopic visualization of
podocyte ultrastructure demonstrates oscillating glomerular contractions. Am J Pathol 182: 332-338
17.Ilatovskaya DV, Palygin O, Levchenko V, Staruschenko A (2013) Pharmacological characterization of the P2 receptors profile in the podocytes of the freshly isolated rat glomeruli. Am J Physiol 305: C1050-1059
18.Inscho EW (2009) ATP, P2 receptors and the renal microcirculation.
Purinergic Signal 5: 447-460
19.Inscho EW, Cook AK, Imig JD, Vial C, Evans RJ (2003) Physiological
role for P2X1 receptors in renal microvascular autoregulatory behavior. J Clin Invest 112: 1895-1905
20.Inscho EW, Cook AK, Imig JD, Vial C, Evans RJ (2004) Renal autoregulation in P2X1 knockout mice. Acta Physiol Scand 181: 445-453
21.Jankowski M (2008) Purinergic regulation of glomerular microvasculature and tubular function. J Physiol Pharmacol 59 Suppl 9: 121-35
22.Jankowski M (2011) Purinergic induction of oscillations in glomerular
hemodynamics: a glomerular pump. Trends Comp Biochem Physiol
15: 51-54
23.Jankowski M, Szamocka E, Kowalski R, Angielski S, Szczepańska-Konkel M (2011) The effects of P2X receptor agonists on renal sodium
and water excretion in anaesthetized rats. Acta Physiol (Oxf) 202: 193201
24.Karczewska J, Piwkowska A, Rogacka D, Stępiński J, Angielski S, Jankowski M (2011) Purinergic modulation of glucose uptake into cultured rat podocytes: effect of diabetic milieu. Biochem Biophys Res
Commun 404: 723-737
25.Kowalski R, Kreft E, Kasztan M, Jankowski M, Szczepanska-Konkel M
(2012) Chronic renal denervation increases renal tubular response to
P2X receptor agonists in rats: implication for renal sympathetic nerve
ablation. Nephrol Dial Transplant 27: 3443-3448
26.Leipziger J (2011) Luminal nucleotides are tonic inhibitors of renal tubular transport. Curr Opin Nephrol Hypertens 20: 518-522
27.Marques RD, de Bruijn PI, Sorensen MV, Bleich M, Praetorius HA, Leipziger J (2012) Basolateral P2X receptors mediate inhibition of NaCl
transport in mouse medullary thick ascending limb (mTAL). Am J
Physiol 302: F487-494
481
28.Mironova E, Peti-Peterdi J, Bugaj V, Stockand JD (2011) Diminished
paracrine regulation of the epithelial Na+ channel by purinergic signaling in mice lacking connexin 30. J Biol Chem 286: 1054-1060
43.Schnermann J (2011) Maintained tubuloglomerular feedback responses during acute inhibition of P2purinergic receptors in mice. Am J
Physiol 300: F339-344
29.Nishiyama A, Rahman M, Inscho EW (2004) Role of interstitial ATP
and adenosine in the regulation of renal hemodynamics and microvascular function. Hypertens Res 27: 791-804
44.Schnermann J, Levine DZ (2003) Paracrine factors in tubuloglomerular feedback: adenosine, ATP, and nitric oxide. Annu Rev Physiol 65:
501-529
30.Odgaard E, Praetorius HA, Leipziger J (2009) AVP-stimulated nucleotide secretion in perfused mouse medullary thick ascending limb and
cortical collecting duct. Am J Physiol 297: F341-349
45.Silva GB, Garvin JL (2009) Extracellular ATP inhibits transport in medullary thick ascending limbs: role of P2X receptors. Am J Physiol 297:
F1168-1173
31.Oppermann M, Carota I, Schiessl I, Eisner C, Castrop H, Schnermann
J (2013) Direct assessment of tubuloglomerular feedback responsiveness in connexin 40-deficient mice. Am J Physiol 304: F1181-F1186
46.Singh P, Thomson SC (2010) Renal homeostasis and tubuloglomerular
feedback. Curr Opin Nephrol Hypertens 19: 59-64
32.Osmond DA, Inscho EW (2010) P2X(1) receptor blockade inhibits
whole kidney autoregulation of renal blood flow in vivo. Am J Physiol
298: F1360-1368
33.Palygin O, Levchenko V, Ilatovskaya DV, Pavlov TS, Ryan RP, Cowley AW Jr, Staruschenko A (2013) Real-time electrochemical detection
of ATP and H2O2 release in freshly isolated kidneys. Am J Physiol
305: F134-141
34.Pao AC (2014) Update on the Guytonian view of hypertension. Curr
Opin Nephrol Hypertens 23: 391-398
47.Sipos A, Vargas SL, Toma I, Hanner F, Willecke K, Peti-Peterdi J (2009)
Connexin 30 deficiency impairs renal tubular ATP release and pressure natriuresis. J Am Soc Nephrol 20: 1724-1732
48.Stockand JD, Mironova E, Bugaj V, Rieg T, Insel PA, Vallon V, Peti-Peterdi J, Pochynyuk O (2010) Purinergic inhibition of ENaC produces
aldosterone escape. J Am Soc Nephrol 21: 1903-1911
49.Toma I, Bansal E, Meer EJ, Kang JJ, Vargas SL, Peti-Peterdi J (2008)
Connexin 40 and ATP-dependent intercellular calcium wave in renal
glomerular endothelial cells. Am J Physiol 294: R1769-1776
35.Peppiatt-Wildman CM (2013) The evolving role of renal pericytes.
Curr Opin Nephrol Hypertens 22: 10-16
50.Toney GM, Vallon V, Stockand JD (2012) Intrinsic control of sodium
excretion in the distal nephron by inhibitory purinergic regulation of
the epithelial Na(+) channel. Curr Opin Nephrol Hypertens 21: 52-60
36.Peti-Peterdi J (2006) Calcium wave of tubuloglomerular feedback. Am
J Physiol 291: F473-480
51.Vallon V, Rieg T (2011) Regulation of renal NaCl and water transport
by the ATP/UTP/P2Y2 receptor system. Am J Physiol 301: F463-475
37.Piwkowska A, Rogacka D, Jankowski M, Angielski S (2011) Extracellular ATP through P2 receptors activates AMP-activated protein kinase and suppresses superoxide generation in cultured mouse podocytes. Exp Cell Res 317: 1904-1913
52.Vallon V, Stockand J, Rieg T (2012) P2Y receptors and kidney function.
Wiley Interdiscip Rev Membr Transp Signal 1: 731-774
38.Piwkowska A, Rogacka D, Jankowski M, Angielski S (2013) Metformin reduces NAD(P)H oxidase activity in mouse cultured podocytes
through purinergic dependent mechanism by increasing extracellular
ATP concentration. Acta Biochim Pol 60: 607-612
54.Wengert M, Ribeiro MC, Abreu TP, Coutinho-Silva R, Leão-Ferreira
LR, Pinheiro AA, Caruso-Neves C (2013) Protein kinase C-mediated
ATP stimulation of Na+-ATPase activity in LLC-PK1 cells involves a
P2Y2 and/or P2Y4 receptor. Arch Biochem Biophys 535: 136-142
39.Pochynyuk O, Rieg T, Bugaj V, Schroth J, Fridman A, Boss GR, Insel
PA, Stockand JD, Vallon V (2010) Dietary Na+ inhibits the open probability of the epithelial sodium channel in the kidney by enhancing
apical P2Y2-receptor tone. FASEB J 24: 2056-2065
40.Praetorius HA, Leipziger J (2010) Intrarenal purinergic signaling in the
control of renal tubular transport. Annu Rev Physiol 72: 377-393
41.Praetorius HA, LeipzigerJ (2013) Primary cilium-dependent sensing
of urinary flow and paracrine purinergic signaling. Semin Cell Dev
Biol 24: 3-10
42.Roshanravan H, Dryer SE (2014) ATP acting through P2Y receptors
causes activation of podocyte TRPC6 channels: role of podocin and
reactive oxygen species. Am J Physiol 306: F1088-1097
53.Vekaria RM, Unwin RJ, Shirley DG (2006) Intraluminal ATP concentrations in rat renal tubules. J Am Soc Nephrol 17: 1841-1847
55.Wildman SS, Boone M, Peppiatt-Wildman CM, Contreras-Sanz A,
King BF, Shirley DG, Deen PM, Unwin RJ (2009) Nucleotides downregulate aquaporin 2 via activation of apical P2 receptors. J Am Soc
Nephrol 20: 1480-1490
56.Wildman SS, Marks J, Turner CM, Yew-Booth L, Peppiatt-Wildman
CM, King BF, Shirley DG, Wang W, Unwin RJ (2008) Sodium-dependent regulation of renal amiloride-sensitive currents by apical P2 receptors. J Am Soc Nephrol 19: 731-742
57.Zhao X, Inscho EW, Bondlela M, Falck JR, Imig JD (2001) The CYP450
hydroxylase pathway contributes to P2X receptor-mediated afferent
arteriolar vasoconstriction. Am J Physiol 281: H2089-2096
Nucleotide receptors and renal function
Maciej Jankowski*
Departmet of Clinical Chemistry, Medical University of Gdansk, 7 Debinki St., 80-210 Gdansk, Poland

e-mail: [email protected]
Key words: tubule, kidney, nephron, nucleotide receptors
ABSTRACT
Kidney plays a key role in homeostasis of human body. It has heterogenic structure and is characterized by complicated vascular beds and
numbers of sympathetic nerves endings. Nucleotides receptors are involved in the regulation of blood flow, a fundamental process for renal
function. Plasma is filtrated in renal glomerulus and activity of nucleotides receptors located on cells of glomerular filter modifies the physicochemical properties of filter and affects the filtration process. Electrolytes, water and low molecular weight molecules are reabsorbed from
tubular fluid or secreted into fluid in proximal and distal tubules. Glomerular filtration rate and activity of tubular processes are regulated via
nucleotides receptors by glomerulotubularbalance and tubuloglomerular feedback. Nucleotides receptors are involved in systemic regulation
of blood pressure and carbohydrate metabolism.
482
www.postepybiochemii.pl