Aquaporina 4 (AQP4) este o proteină transmembranară, ce formează un por prin membrană care permite trecerea apei. Aceasta este prima proteina de transport a apei care a fost identificată și, alături de aquaporina 1 (AQP1) și aquaporina 9 (AQP9), este localizată exclusiv în sistemul nervos central (SNC).

Prin cristalografie cu raze X a fost elucidată structura proteinei și s-a arătat că fiecare monomer conține șase α-helixuri care traversează membrana și două segmente helicale scurte, situate în apropierea porului, care are o deschidere cu diametrul de 2,8 Å. AQP4 prezintă două izoforme, M23 și M1, cu mod de organizare diferit; M23 se organizează sub formă de mănunchiuri sau clustere, în timp ce M1 are o distribuție mai aleatorie. Fiecare monomer prezintă un por propriu, prin care se realizează transportul moleculelor de apă, iar structura cuaternară a AQP4 este una de tetramer, dată de alăturarea a patru monomeri. Funcția porului central, format prin alipirea celor patru monomeri, este încă neelucidată.

Distribuția acestei proteine în organism este una extrem de largă, aceasta fiind prezentă la nivelul creierului, măduvei spinării, nervului optic, prelungirilor astrocitelor, rinichilor, intestinului, glandelor salivare și al organelor de simț (retină, urechea internă). Funcțiile îndeplinite sunt și ele foarte numeroase și variate, cuprinzând menținerea echilibrului homeostatic, transportul moleculelor de apă (3 X 10^9 molecule de apă/ secundă), reglarea echilibrului osmotic prin reciclarea K+ la nivelul organului lui Corti, migrarea astrocitelor, plasticitatea sinaptică, medierea adeziunii celulare prin intermediul capătului C-terminal, orientarea apei în vederea trecerii prin por prin intermediul resturile de asparagină 213 și 97 din motivele NPA (asparagină-prolină-alanină) ale aquaporinei și răspunsul pasiv la gradienții osmotici. De asemenea, În cazul edemului obținut în urma unei leziuni la nivelul coloanei vertebrale, AQP4 facilitează edemul citotoxic și ajută eliberarea edemului vascular.

Distribuția AQP4 la nivelul astrocitelor

Distribuția AQP4 la nivelul proceselor astrocitelor este de două ordine, care diferă în funcție de mecanism: primul mecanism este încă neelucidat, iar al doilea implică laminina și glicoprotein distrofina (DG), care se asamblează la AQP4 și împreună cu actina fac un spațiu în jurul membranei pentru a permite trecerea apei.

Recent a fost descoperită izoforma extinsă a AQP4 (AQP4ex), implicată în reglarea localizării AQP4. Astfel, alterarea variantei AQP4ex nu scade nivelul total de expresie al proteinei, însă duce la dereglarea migrării AQP4 la nivelul prelungirilor astrocitelor perivasculare. O altă descoperire interesantă a arătat că densitatea capilarelor a crescut la șoarecii AQP4-KO (AQP4-knock-aut), ca răspuns adaptativ la reducerea schimbului de apă prin BBB.

Bibliografie

  1. Halsey, A., Conner, A., Bill, R., Logan, A., & Ahmed, Z. (2018). Aquaporins and Their Regulation after Spinal Cord Injury.
  2. Ho, J. D., Yeh, R., Sandstrom, A., Chorny, I., Harries, W. E. C., Robbins, R. A., … Stroud, R. M. (2009). Crystal structure of human aquaporin 4 at 1.8 A and its mechanism of conductance. Proceedings of the National Academy of Sciences, 106(18), 7437–7442.
  3. Palazzo, C., Buccoliero, C., Mola, M.G. et al. AQP4ex is crucial for the anchoring of AQP4 at the astrocyte end-feet and for neuromyelitis optica antibody binding. acta neuropathol commun 7, 51(2019). https://doi.org/10.1186/s40478-019-0707-5
  4. Tham, D. K. L., & Moukhles, H. (2018). Towards a better understanding of AQP4′s role in astrocytic process extension. Journal of Neurochemistry. doi:10.1111/jnc.14590
  5. Zhang, Y., Xu, K., Liu, Y., Erokwu, B. O., Zhao, P., Flask, C. A., … Yu, X. (2019). Increased cerebral vascularization and decreased water exchange across the blood-brain barrier in aquaporin-4 knockout mice. PLOS ONE, 14(6), e0218415. doi:10.1371/journal.pone.0218415 

 

EU e-Privacy Directive

Departamentul de Anatomie, fiziologie animala si biofizica

Prof. dr. Dan Florin Mihailescu (director de  departament)

Prof. dr. Alexandru  Babes

Prof. dr. Speranta Avram

Prof. dr. Violeta Ristoiu

Prof. dr. Beatrice Mihaela Radu

Conf. dr. Mihaela Marcu Lapadat

Conf. dr. Dana Cucu

FP

Conf. dr. Florentina Pluteanu

Lect. dr. Doru Gabor

TS photo

Lect. dr. Tudor Selescu

Lect. dr. Cristina Matanie

Alexandru Deftu

Asist.dr. Alexandru Deftu

roxana

Asist.dr. Roxana Gheorghe

Cornelia Dragomir

Geanina Haralambie

Liliana Stamatin

Cristina

PozaAcademieLuiza

Prof. dr. Maria Luiza Flonta (profesor emerit)