肾小管钠氯共转运子和BK通道介导的非醛固酮依赖的快速排钾机制研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81770706
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    56.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H0501.泌尿系统结构、功能与发育异常
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Urinary potassium (K+) excretion by distal renal tubule, which is regulated by aldosterone, is crucial to maintain body potassium balance. However, substantial evidence of recent research showed that kaliuresis after high K+ diet occurred much faster than aldosterone's effect could happen. Our previous study discovered that increased extracellular K+ concentration after high K+ diet caused membrane depolarization through basolateral kir4.1 channel and subsequent inhibited chloride efflux in distal convoluted tubule (DCT) cells, and then increased intracellular chloride concentration dephosporylated WNK4, which in turn dephosporylating SPAK/OSR1 and NCC. The quick NCC dephosphorylation is considered to facilitate luminal electrogenic Na+ absorption and K+ excretion in downstream connecting tubule (CNT) and collecting duct (CD) where epithelial sodium channel (ENaC) and renal outer medullary potassium channel (ROMK) are expressed. We also found different cullin3 (Cul3) neddylation level, accompanied with varying WNK4 abundance under different K+ diets. Cul3 neddylation level is associated with its degradation activity and can finally cause modified WNK4 abundance and NCC activity according to our previous study. Both abundance and phosporylation of WNK4 are demonstrated to be sufficient to regulate NCC function. Thus, our hypothesis is, the membrane depolarization induced by high K+ diet through kir4.1 happens not only in DCT, causing NCC dephosporylation, but also happens in downstream CNT and CD where another K+ excretion channel, BK is expressed in intercalated cells. BK should be activated quickly by the membrane depolarization and increased urine flow resulting from NCC inactivation. It is of great importance to avoid hyperkalemia in early period after high K+ diet. This is a direct effect, so it could happen faster than ROMK activation stimulated by aldosterone in principle cells. We also hypothesize that extracellular K+ can influence the neddylation level of Cul3, which through affected WNK4 abundance, finally magnifies NCC functional change caused by WNK4 phosporylation after high K+ or low K+ diet. Our preliminary data, especially of kidney–specific slo1 (BK) knockout mice we generated fully support the hypothesis we proposed. As shown here, we plan to verify the role of NCC and BK on rapid aldosterone-independent kaliuresis in multiple systems including MDCK cells, kidney slice, and mice, and seek for the mechanism of NCC regulation by Cul3 neddylation change under different extracellular K+ concentrations as well. This study will be important to clarify the subtle mechanism of electrolyte reabsorption and excretion in distal tubule, and shed light on the pathogenesis of essential hypertension.
远端肾小管的钾排泄对维持机体钾平衡至关重要,这一过程受醛固酮调节。然而高钾饮食后早在醛固酮激活之前,尿钾排泄已经显著增加。我们既往发现,高血钾可以通过细胞膜去极化导致肾远曲小管的钠氯共转运子(NCC)迅速去磷酸化失活,以促进下游肾小管排钾;不同钾饮食喂养小鼠呈现出不同的泛素化支架蛋白Cul3的类泛素化修饰程度,并出现WNK激酶丰度的变化,后者可调节NCC功能。据此我们提出假说:高钾饮食后远端肾小管上皮细胞膜去极化和NCC失活迅速激活BK通道排钾;血钾通过影响Cul3的类泛素化修饰,进一步维持NCC活性以利于下游排钾或保钾。我们的前期研究,包括建立的肾特异BK敲除小鼠完全支持该假说。本项目拟从分子、细胞、组织以及动物水平多层次明确NCC和BK介导高钾饮食后早期的尿钾排泄,探索血钾影响Cul3类泛素化修饰以调控NCC的机制,为最终阐明远端肾小管的离子重吸收机制,乃至高血压的发生机制提供新证据。

结项摘要

远端肾小管的钾排泄对维持机体钾平衡至关重要。高血钾可以通过细胞膜去极化导致肾远曲小管的WNK激酶失活,钠氯共转运子(NCC)活性下调以促进下游肾小管排钾。我们在稳定表达BK的细胞株和离体肾切片研究了BK通道在高钾时的活性,结果提示NCC活性下调的同时BK的表达并无变化。.糖尿病患者具有明显的高血压倾向,我们建立了1型和2型糖尿病小鼠模型,发现其肾脏WNK4-SPAK/OSR1-NCC活性亢进,负责降解WNK激酶的Cul3的neddylation显著增加,造成其连接蛋白KLHL3的泛素化降解增加。糖尿病小鼠主动脉表达CUL3以及其neddylation也明显增加,而连接蛋白KLHL2、RhoBTB1表达下降,造成其血管底物WNK3、RhoA/ROCK降解受阻,从而促进血管收缩。提示高糖,或同时存在高胰岛素的情况下,Cul3的neddylation增强,导致自身连接蛋白的降解,从而WNK激酶、RhoA/ROCK等底物堆积,导致肾小管NCC活性增强,大血管阻力增加,导致糖尿病时的高血压倾向。.我们还发现在先兆子痫患者的脐动脉和胎盘中,CRL3的关键成员Cullin3与它的Adaptor表达均显著下降。通过应用L-NAME干预小鼠模拟妊高症,发现L-NAME组孕鼠大动脉组织、肾脏小血管以及肾小管中Cullin3的丰度及neddylation均显著下降,其相应的Adaptors表达也下降。我们的研究提示,先兆子痫时机体处于缺血缺氧的状态导致PPARγ的表达下调和去泛素化水平增加,进而影响了Cullin3的丰度及活性。CRL3的功能不全导致了包括WNK激酶堆积,促进了血管的增殖及收缩,并导致钠离子的潴留、及远端小管的重塑。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
稳定表达大电导钙激活钾通道α亚基的细胞株构建及其排钾的分子机制研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    上海交通大学学报 (医学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    应思琦;张娅;郭琴;杨阳;刘爽;张翀
  • 通讯作者:
    张翀
Clinicopathological features in membranous nephropathy with cancer: A retrospective single-center study and literature review
膜性肾病伴癌的临床病理特征:回顾性单中心研究及文献复习
  • DOI:
    10.1177/1724600819882698
  • 发表时间:
    2019-12-01
  • 期刊:
    INTERNATIONAL JOURNAL OF BIOLOGICAL MARKERS
  • 影响因子:
    2
  • 作者:
    Zhang, Dan;Zhang, Chong;Zou, Jun
  • 通讯作者:
    Zou, Jun
低钾失盐性肾小管病的研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    上海交通大学学报 (医学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郭琴;张翀
  • 通讯作者:
    张翀
Dual gain and loss of cullin 3 function mediates familial hyperkalemic hypertension
cullin 3功能的双重获得和丧失介导家族性高钾性高血压
  • DOI:
    10.1152/ajprenal.00602.2017
  • 发表时间:
    2018-10-01
  • 期刊:
    AMERICAN JOURNAL OF PHYSIOLOGY-RENAL PHYSIOLOGY
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    Cornelius, Ryan J.;Zhang, Chong;Ellison, David H.
  • 通讯作者:
    Ellison, David H.
Dysfunction of Cullin 3 RING E3 ubiquitin ligase causes vasoconstriction and increased sodium reabsorption in diabetes
Cullin 3 RING E3 泛素连接酶功能障碍导致糖尿病患者血管收缩和钠重吸收增加
  • DOI:
    10.1016/j.abb.2021.109000
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Archives of Biochemistry and Biophysics
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Zhang Ya;Guo Qin;Jiang Gengru;Zhang Chong
  • 通讯作者:
    Zhang Chong

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其他文献

陕西省五级流域降水致洪特征分析
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空间中的电力系统辐射及其形成机理
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    2018
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    张翀
  • 通讯作者:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    高永欣;潘占磊;王睿;王琳;姚志生;郑循华;梅宝玲;张翀;巨晓棠
  • 通讯作者:
    巨晓棠
HBase中半结构化时空数据存储与查询处理
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    --
  • 发表时间:
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  • 作者:
    张翀;陈晓莹;唐九阳;葛斌
  • 通讯作者:
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
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    --
  • 作者:
    吴静;张翀;付静静;马齐爽
  • 通讯作者:
    马齐爽

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张翀的其他基金

Cullin3突变导致家族性高血钾型高血压的分子机制研究
  • 批准号:
    81570634
  • 批准年份:
    2015
  • 资助金额:
    57.0 万元
  • 项目类别:
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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