Mechanisms of Kinase-dependent Regulation of the V-ATPase in Kidney

肾脏中 V-ATP 酶的激酶依赖性调节机制

基本信息

项目摘要

Abstract. V-ATPase function in kidney is important for excretion of non-volatile acids generated by metabolism. Individuals with defective V-ATPase activity in kidney intercalated cells (ICs) may suffer from severe chronic metabolic acidosis with potential severe sequelae in bone, kidney, and other organs. V-ATPase activity is also critical to the function of epithelial proton-secreting epididymal clear cells, which contribute to the acidic environment where spermatozoa mature. Therefore, understanding V-ATPase regulation may provide insights involving the physiology and pathophysiology of proton secretion in the urogenital tract and lead to better treatments for severe metabolic acidosis and male infertility. V-ATPase activity is likely orchestrated by a number of regulatory mechanisms; direct V-ATPase phosphorylation in mammalian proton- secreting epithelial cells, however, has been addressed by only a few studies. We and others have shown that in clear cells, V-ATPase translocation to the apical membrane responds to alkaline luminal pH, increased luminal HCO3- concentration, soluble adenylyl cyclase (sAC), and protein kinase A (PKA) activity. Our preliminary studies demonstrate that PKA is also required for apical V-ATPase in ICs and that sAC regulates V-ATPase-mediated intracellular pH (pHi) recovery in isolated perfused outer medullary collecting ducts (OMCDs). In addition, activation of the metabolic sensor AMP-activated protein kinase (AMPK) prevents V- ATPase translocation in clear cells and ICs, and that both PKA and AMPK phosphorylate V-ATPase A and C2b subunits in vitro and in vivo. Based on these findings, we hypothesize that subcellular localization and V-ATPase activity in ICs depend on the direct phosphorylation of its subunits by PKA and AMPK, and that V-ATPase activity may be coupled to the sensing of extracellular acid-base status via PKA and metabolic status via AMPK. The Aims of this proposal are to: 1) determine the mechanisms involved in the modulation of V-ATPase subcellular localization and activity by PKA in ICs; and 2) determine the mechanisms involved in the modulation of V-ATPase subcellular localization and activity by AMPK in ICs. Initially, we will focus our efforts toward mapping PKA and AMPK candidate phosphorylation sites in the V1 sector A subunit. To identify relevant phosphorylation sites, we will use site-directed mutagenesis followed by in vitro and in vivo phosphorylation assays, as well as mass spectrometry. Additionally, we will examine the roles of relevant PKA and AMPK phosphorylation sites in the A subunit on V-ATPase subcellular localization and activity using ICs in cell culture. We will determine the effects of PKA or AMPK activation on V-ATPase-dependent pHi changes in OMCDs. Finally, we will examine the effects of AMPK activation on PKA-mediated phosphorylation of the V- ATPase A subunit in vitro and in vivo. The successful completion of the Aims of this application will contribute to new strategies to treat disorders of acidification in the kidney and in the urogenital tract.
抽象的。 肾脏中的 V-ATP 酶功能对于代谢产生的非挥发性酸的排泄很重要。 肾闰细胞 (IC) 中 V-ATP 酶活性缺陷的个体可能患有严重的慢性疾病 代谢性酸中毒,可能对骨骼、肾脏和其他器官造成严重后遗症。 V-ATP酶活性也 对上皮质子分泌附睾透明细胞的功能至关重要,该细胞有助于酸性 精子成熟的环境。因此,了解 V-ATP 酶调节可能会提供 涉及泌尿生殖道质子分泌的生理学和病理生理学的见解 导致严重代谢性酸中毒和男性不育症的更好治疗。 V-ATP酶活性可能 由多种监管机制精心策划;哺乳动物质子中的直接 V-ATP 酶磷酸化 然而,只有少数研究涉及分泌上皮细胞。我们和其他人已经证明 在透明细胞中,V-ATP酶易位至顶膜,对碱性管腔 pH 值作出反应,增加 管腔 HCO3- 浓度、可溶性腺苷酸环化酶 (sAC) 和蛋白激酶 A (PKA) 活性。我们的 初步研究表明,IC 中的顶端 V-ATP 酶也需要 PKA,并且 sAC 调节 V-ATPase 介导的分离灌注外髓集合管中的细胞内 pH (pHi) 恢复 (OMCD)。此外,代谢传感器 AMP 激活蛋白激酶 (AMPK) 的激活可防止 V- 透明细胞和 IC 中的 ATP 酶易位,以及 PKA 和 AMPK 磷酸化 V-ATP 酶 A 和 体外和体内 C2b 亚基。基于这些发现,我们假设亚细胞定位和 IC 中的 V-ATP 酶活性取决于 PKA 和 AMPK 对其亚基的直接磷酸化,并且 V-ATP酶活性可能与通过PKA对细胞外酸碱状态的感知耦合, 通过 AMPK 的代谢状态。该提案的目的是: 1) 确定涉及的机制 IC 中 PKA 调节 V-ATP 酶亚细胞定位和活性; 2)确定机制 参与IC中AMPK对V-ATP酶亚细胞定位和活性的调节。最初,我们将 我们的重点是绘制 V1 区 A 亚基中的 PKA 和 AMPK 候选磷酸化位点。 为了识别相关的磷酸化位点,我们将使用定点诱变,然后进行体外和体内研究 磷酸化测定以及质谱分析。此外,我们将研究相关 PKA 的作用 和 A 亚基中的 AMPK 磷酸化位点对 V-ATPase 亚细胞定位和活性的影响 细胞培养。我们将确定 PKA 或 AMPK 激活对 V-ATPase 依赖性 pHi 变化的影响 OMCD。最后,我们将检查 AMPK 激活对 PKA 介导的 V-磷酸化的影响 体外和体内 ATP 酶 A 亚基。成功完成本申请的目标将有助于 治疗肾脏和泌尿生殖道酸化疾病的新策略。

项目成果

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