Laquaporina 2, o AQP2 és l'única proteïna de la família de les aquaporines que està regulada per l'hormona antidiürètica o vasopressina, i es regula de dues maneres: - Regulació a curt termini (minuts) a partir del tràfic de les vesícules d'AQP2 cap a la regió apical on es fusionen amb la membrana apical plasmàtica. - Regulació a llarg termini (dies) a partir d'un augment de l'expressió gènica de la AQP2. Aquesta aquaporina també està regulada pel consum d'aliments: els greixos redueixen l'expressió independentment de l'hormona antidiürètica. També s'ha vist que l'augment de l'expressió gènica de la AQP2 està associada a condicions de retenció d'aigua, tals com l'embaràs o la insuficiència cardíaca.
Estructura L’AQP2 és un canal d’aigua integral de membrana fonamental per a la regulació de l’equilibri hídric renal. La seva expressió principal és a la membrana apical dels túbuls col·lectors, i el seu funcionament depèn d’una arquitectura molecular altament conservada i d’una regulació posttraduccional complexa. La proteïna està composta per 306 aminoàcids, amb sis segments transmembrana (TM1–TM6), que adopten conformacions α-helicoide i travessen completament la bicapa lipídica. Aquesta immersió completa assegura un alt grau d’ancoratge i estabilitat estructural. center|miniatura|367x367px|Visió simplificada de la disposició de la proteïna a la membrana cel·lular i com els diferents segments estan inserits en la bicapa. TM1 i TM2 són els segments inicials i estan implicats tant en l’ancoratge a la membrana com en la formació d’interaccions entre les subunitats de dins del tetràmer. Els residus hidrofòbics, com valina i leucina, interaccionen amb els residus veïns de TM5 i TM6, establint ponts d’hidrogen i forces hidrofòbiques que estabilitzen l'estructura. A més, TM1 i TM2 contribueixen al reconeixement de la bicapa lipídica i participen indirectament en la selecció de vesícules per a la translocació a membrana.
TM3 i TM4 delimiten el porus central. Contenen residus crítics del motiu NPA (Asn-Pro-Ala) que formen el coll d’ampolla de la canalització de l’aigua i bloquegen el pas d’ions i protons, mantenint l’especificitat. Les interaccions d’aquestes regions amb els remolins B i E configuren la restricció selectiva del porus i determinen la permeabilitat a l’aigua. El bucle B s’insereix parcialment a la membrana, mentre que el bucle E completa la canalització, formant una regió d’hiperselectivitat.
TM5 i TM6 són responsables dels canvis conformacionals necessaris per a l’obertura i tancament del canal i estan implicats en les interaccions amb proteïnes del citoesquelet i complexos SNARE durant la fusió vesicular. Residus conservats en aquests segments, com arginina i treonina, participen en ponts d’hidrogen entre les subunitats que també són crítics per al funcionament. La correcta disposició de TM5/TM6 és alhora essencial per al grau d’inserció a membrana i per mantenir l’orientació correcta del porus per a la conducció unidireccional de l’aigua.
Les espirals extracel·lulars (A, C, E) contribueixen a la formació del porus i a la interacció amb factors extracel·lulars, mentre que els bucles intracel·lulars (B, D) contenen llocs reguladors de fosforilació i interaccions amb proteïnes del citoesquelet. Concretament, el C-terminal és la regió més important per a la regulació funcional: conté diversos llocs de fosforilació (S256, S261, S264, S269) que determinen la mobilitat, la retenció a membrana i la internalització de l’AQP2. La fosforilació en S256 per la PKA és el senyal clau que desencadena la translocació de vesícules que contenen AQP2 cap a la membrana apical. S261 regula la internalització i el reciclatge de la proteïna, mentre que S264 i S269 augmenten la retenció del canal a la membrana i faciliten les interaccions amb sintaxina-4, SNAP-23 i hsc130, proteïnes implicades en la fusió vesicular.
La proteïna AQP2 és altament hidrofòbica i, com a membre de la família de les aquaporines, adopta un plec en forma de “rellotge de sorra” (“hourglass shape”). Els extrems N-terminal i C-terminal són citosòlics. El C-terminal és crític per a la regulació posttraduccional i la interacció amb proteïnes del citoesquelet. Dels cinc llaços que connecten les hèlixs, els llaços B i E es pleguen parcialment dins de la membrana, creant una constricció que contribueix a la formació del porus aquós característic. Els altres llaços extracel·lulars (A, C) i intracel·lulars (D) participen en la correcta orientació del porus i en les interaccions amb proteïnes reguladores, assegurant la funció i la dinàmica vesicular de l’AQP2.
Les AQPs presenten aproximadament un 40% d'hèlixs α i un 42–43% de làmines β, amb un plegament que manté la formació del porus aquós i estableix la forma tetraèdrica funcional. El filtre aromàtic/arginina (ar/R), juntament amb els motius NPA, garanteix la selectivitat a l’aigua, impedint el pas d’ions i molècules més grans. La tetrameria s’estabilitza per interaccions hidrofòbiques i ponts d’hidrogen entre subunitats veïnes, amb TM1/TM2 i TM5/TM6 contribuint especialment a l’ancoratge a membrana i a la integritat estructural del porus. center|miniatura|342x342px|Quatre subunitats d'AQP2 transmembrana disposades de manera tetraèdrica. Cada monòmer forma un porus que només deixa passar aigua al citosol. Pel que fa al grau d’inserció a membrana, els sis segments transmembrana travessen completament la bicapa lipídica, mentre que els bucles B i E s’insereixen parcialment, configurant la regió de constricció i establint interaccions directes amb els lípids de la membrana. Els bucles intracel·lulars i el C-terminal estan orientats cap al citosol, que permet la interacció amb proteïnes reguladores i complexes SNARE. Aquesta disposició assegura que cada porus d’aigua sigui funcional i que el canal sigui capaç de desplaçar-se ràpidament entre vesícules i membrana apical segons les necessitats fisiològiques.
En resum, l’AQP2 combina sis segments transmembrana completament inserits, bucles parcials dins de membrana, motius conservats NPA i filtre ar/R, una forma tetraèdrica funcional, PTMs reguladores i dinàmica vesicular complexa. Tot això resulta en un canal d’aigua altament regulat, capaç d’ajustar la permeabilitat segons les necessitats fisiològiques del ronyó.
Funció La proteïna aquaporina 2 forma part de la família de les aquaporines, les quals tenen com a funció regular els fluxos d’aigua a través de la membrana cel·lular formant porus. En el cas concret de l'AQP2, l'objectiu és poder mantenir l’osmolalitat sanguínia equilibrada, independentment dels nivells d’aigua que s'hagin consumit. Cada aquaporina forma un canal per si sola que és permeable específicament per molècules d’aigua, i és impermeable a altres molècules i a ions. Tot i això, a la membrana cel·lular de les cèl·lules, s’ajunten en paquets de quatre per aconseguir una major estabilitat. center|miniatura|400x400px|Porus formats per l'AQP2 amb els dominis NPA a la membrana cel·lularÉs una proteïna de membrana, però es troba en vesícules intracel·lulars de les cèl·lules del túbul renal, sempre que hi hagi una hidratació normal. Les vesícules s'uneixen a la cara apical d’aquestes cèl·lules, principalment gràcies a la proteïna annexina A2, les proteïnes SNARE i el gen VAMP2, després de rebre un senyal per part de l'hormona antidiürètica (ADH) (també anomenada vasopressina), que s’activa quan detecta un augment de l'osmolalitat plasmàtica, causat pel sodi i la urea, o una disminució del volum de fluids. Això fa que l’aquaporina 2 pugui regular la permeabilitat de l’aigua de les cèl·lules per reequilibrar-les, l'aigua és reabsorbida al corrent sanguini i això fa que l'orina estigui més concentrada.
Les vesícules amb AQP2 es transporten del citosol fins a la membrana cel·lular de la regió apical, sobretot gràcies al citoesquelet i els seus microtúbuls. Si l’ADH deixa d’enviar el senyal, l’AQP2 es torna a internalitzar en vesícules al citoplasma de la cèl·lula. La seva activitat pot ser inhibida pel mercuri.
Al ronyó, les aquaporines 1-4 són importants en el transport d’aigua a través de la membrana cel·lular i en la reabsorció renal d’aigua de l'orina. L’ADH incrementa ràpidament el contracorrent i els processos d’intercanvi d'aigua a la medul·la renal, creant així un gran gradient osmòtic entre el fluid tubular i l'intersticial. Posteriorment, l’APQ2 i les AQP3 i 4 expressades a la regió apical i a la basolateral respectivament, utilitzen aquest gradient com a força per poder realitzar el transport d’aigua transepitelial. Aquest mecanisme reabsorbeix el 10% de l’orina primària generada pels ronyons. L'ADH també augmenta l'expressió de l'AQP2 en períodes de deshidratació crònica per així maximitzar l'absorció d'aigua.
Les cèl·lules del conducte col·lector que tenen l’AQP2 expressada, estan exposades a grans variacions de la pressió osmòtica durant els canvis entre la diüresi i l'antidiüresi. Com a conseqüència, les cèl·lules han de regular el seu volum per tornar-se a equilibrar. La hipertonicitat cel·lular, és a dir, quan el medi intracel·lular té més pressió osmòtica que el medi extracel·lular, provoca la translocació de l’AQP2 a la membrana cel·lular perquè pugui entrar l’aigua i així regular aquesta pressió. La cèl·lula s'infla a causa del moviment d'aigua cap a l’interior de la cèl·lula i després comença a recuperar el seu volum original. En canvi, la hipotonicitat indueix la internalització d'AQP2 en vesícules al citosol, així limitant l'entrada d'aigua a la cèl·lula.
Regulació Aquesta és l'única aquaporina regulada per vasopressines. La funció bàsica de l'AQP2 consisteix a reabsorbir l'aigua de l'orina primària que flueix del nefró després de la filtració de la sang al glomèrul a través de la càpsula de Bowman.
L'aquaporina 2, roman inactiva en les vesícules intracel·lulars, i quan és necessària, l'ADH que circula per la sang s'uneix al receptor de vasopressina V2 de la superfície cel·lular de la regió basolateral de les cèl·lules del túbul renal. Això activa una via de senyalització que promou la fusió entre les vesícules intracel·lulars amb aquaporina 2 i la membrana plasmàtica de la regió apical. D'aquesta manera la cèl·lula pot emprar l'aquaporina 2.
Així doncs, aquesta proteïna està regulada de dues maneres, per l'hormona peptídica vasopressina:
Regulació a curt termini (en minuts): mitjançant el trànsit de vesícules d'AQP2 cap a la regió apical, on es fusionen amb la membrana plasmàtica apical. Regulació a llarg termini (en dies): mitjançant un increment en l'expressió del gen AQP2.
A més, l'aquaporina 2 també està regulada per la ingesta d'aliments. Per exemple, el dejuni redueix l'expressió d'aquesta aquaporina independentment de la vasopressina.
Implicacions clíniques Quan les aquaporines-2 fallen ja sigui per mutacions en el gen que les codifica, per problemes en la seva expressió o regulació, apareixen malalties que es caracteritzen per la pèrdua excessiva d'aigua i producció d'orina molt diluïda.
1. Diabetis insípida nefrogènica congènita (primària) per mutacions en AQP-2 La diabetis insípida nefrogènica (DIN) congènita es caracteritza per la resistència a l'hormona antidiürètica o ADH en el túbul col·lector i el túbul contornejat distal dels ronyons. Concretament per una mutació en el gen de la AVR V2R o en el canal d'aigua de la AQP-2, causant inhabilitat als pacients de concentrar l'orina. Per aquesta malaltia existeixen tres tipus d'herència: autosòmica dominant, autosòmica recessiva o lligada al cromosoma X (recessiva).
1.1 Lligada al cromosoma X (recessiva)