Regulation of K+ balance by distal nephron TRPV4 channel

远端肾单位 TRPV4 通道对 K 平衡的调节

基本信息

项目摘要

SUMMARY Tight regulation of K+ balance is fundamental for normal physiology. Disturbed K+ homeostasis is associated with a wide spectrum of cardiovascular- and kidney-related pathologies. The distal nephron (DN), including the connecting tubule (CNT) and the collecting duct (CD), is the major site of controlled potassium transport in the kidney, which is essential to match urinary K+ excretion to varying dietary K+ intake. In this proposal, we posit that the mechanosensitive Ca2+-permeable TRPV4 channel abundantly expressed in the DN is a critical determinant of renal potassium handling capable of stimulating flow-dependent K+ secretion via maxi-K (BK) channel and inhibiting H+-K+ ATPase-dependent K+ reabsorption. We generated abundant supportive evidence that the TRPV4 activity in the DN is regulated by dietary potassium intake with its dysfunction causing significant distortions of systemic K+ balance. TRPV4 -/- mice have a markedly reduced BK channel activity in the DN and develop hyperkalemia when dietary potassium intake is high. On the contrary, TRPV4 deletion augments H+-K+ ATPase activity and protects against hypokalemia when dietary potassium intake is low. Overall, we hypothesize that TRPV4 serves as a physiologically relevant kaliuretic factor during adaptations to dietary potassium regimen by stimulating BK-mediated K+ secretion and inhibiting H+-K+ ATPase-dependent K+ reabsorption. To address this central hypothesis, we developed three specific aims: SA1: Examine molecular and signaling determinants of TRPV4 regulation in the DN by dietary K+ intake. SA2: Establish the importance of TRPV4 function for BK-mediated K+ secretion in the DN and define pathophysiological ramifications of its disruption on systemic K+ balance. SA3: Explore the mechanism and relevance of regulation of K+ reabsorption in the DN by TRPV4. To bring this project to fruition, we recruit strong collaborative expertise and implement a comprehensive experimental arsenal which involves monitoring TRPV4 and BK channels activity with patch clamp electrophysiology, intracellular Ca2+ and H+-K+ ATPase-mediated pH measurements, confocal immunofluorescent microscopy in native DN cells of rodents and humans, balance studies upon manipulation of dietary K+ intake in conventional and genetically manipulated animals. Overall, we expect to directly demonstrate the physiological relevance of mechanosensitive TRPV4 channel in the DN at the systemic level and will define pathophysiological ramifications of TRPV4 dysfunction on systemic K+ homeostasis. Furthermore, this will urge development of novel strategies based on targeting TRPV4 to manage life-threatening states of hyper- and hypokalemia in clinical setting.
概括 K+平衡的严格调节对于正常生理学是基础。不安的K+稳态是相关的 具有广泛的心血管和肾脏相关病理。远端肾单位(DN),包括 连接小管(CNT)和收集管(CD)是受控钾转运的主要部位 肾脏,这对于将尿液K+排泄与不同的饮食K+摄入量相匹配至关重要。在此提案中,我们认为 在DN中大量表达的机械敏感Ca2+可渗透的TRPV4通道是关键 肾脏钾处理的决定因素,能够通过Maxi-K(BK)刺激流动依赖的K+分泌 通道和抑制H+ -K+ ATPase依赖性K+重吸收。我们产生了丰富的支持证据 DN中的TRPV4活性受膳食钾摄入量调节,其功能障碍会引起明显 系统性K+平衡的扭曲。 TRPV4 - / - 小鼠在DN中的BK通道活性明显降低,并且 当饮食中钾摄入量很高时,会发展高钾血症。相反,TRPV4删除增加H+-K+ 当饮食中的钾摄入量低时,ATPase活性并预防低钾血症。总体而言,我们假设 该TRPV4在适应饮食钾方案期间是生理上相关的kaliuretic因子 通过刺激BK介导的K+分泌并抑制H+ -K+ ATPase依赖性K+重吸收。 为了解决这一中心假设,我们开发了三个具体目标:SA1:检查分子和 通过饮食K+摄入量,TRPV4调控的信号传导决定因素。 SA2:建立 TRPV4功能对DN中BK介导的K+分泌的重要性并定义了病理生理学 其在系统性K+平衡上的破坏的影响。 SA3:探索的机制和相关性 通过TRPV4对DN中K+重吸收的调节。为了实现这个项目,我们招募了强大的 协作专业知识并实施全面的实验武器库,其中涉及监视TRPV4 用斑块夹电生理学,细胞内Ca2+和H+ -K+ ATPase介导的pH值和BK通道活性 测量,啮齿动物和人类天然DN细胞中的共聚焦免疫荧光显微镜,平衡 关于在常规和遗传操纵动物中操纵饮食K+摄入量的研究。总体而言,我们 期望直接证明DN在DN中机械敏感的TRPV4通道的生理相关性 系统水平并将定义TRPv4功能障碍的系统性K+功能障碍的病理生理后果 稳态。此外,这将促使基于针对TRPV4的新型策略的制定来管理 在临床环境中危及生命的高血肿状态。

项目成果

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