Estudo molecular e funcional do movimento da água, ureia ou amônia (NH3/NH4+) através de transportadores de ureia (UTs) expressos em oócitos de Lithobates catesbeianus (American bullfrog)

• Processo: 18/22855-1
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Data de Início da vigência: 01 de maio de 2019
• Data de Término da vigência: 31 de outubro de 2021
• Área do conhecimento: Ciências Biológicas - Fisiologia - Fisiologia de Órgãos e Sistemas
• Pesquisador responsável: Raif Musa Aziz
• Beneficiário: Raif Musa Aziz
• Instituição Sede: Instituto de Ciências Biomédicas (ICB). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Assunto(s): Fisiologia renal Homeostase Equilíbrio ácido-base Transportadores de ureia Amônia Lithobates catesbeianus
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Acid-base Homeostasis | Ammonia Transport | Lithobates catesbeianus | Urea Transporters (UTs) | Water Homeostasis | water transport | Fisiologia e Biofísica Renal

Resumo

Tecidos por todo o corpo geram amônia (NH3/NH4+) como resultado da degradação de proteínas. Essa amônia entra na circulação e viaja para o fígado, que a converte em compostos nitrogenados menos tóxicos, ureia e glutamina, que, então, entram na circulação e viajam para os rins para serem excretados na urina. No rim, a ureia contribui para manter um interstício medular altamente concentrado - importante para os mecanismos de concentração urinária - e a glutamina é usada pelas células do túbulo proximal para regenerar amônia em um processo metabólico que resulta na geração equimolar de HCO3- novo - importante para a manutenção do equilíbrio ácido-base. A amônia, na forma de NH4+, é secretada no fluido proximal, reabsorvida no ramo ascendente espesso da alça e secretada no ducto coletor (DC) através de um transporte paralelo de NH3 e H+, formando NH4+ que é excretado. Observações recentes, de nosso e outros laboratório, indicam que o epitélio do DC tem baixa permeabilidade à NH3, sugerindo que proteínas de membrana estão provavelmente envolvidas com o transporte de NH3 (gás dissolvido). Os transportadores de ureia de mamíferos (UTs) pertencem à família SLC14 de transportadores de soluto que medeiam difusão facilitada de ureia através da membrana plasmática. Os mamíferos possuem dois genes, SLC14A1, codifica UT-B, e SLC14A2, gera variantes por splice, UT-A1, A2 e A3. UT-B está presente nos vasos retos descendente no rim e no fígado, no entanto, o local mais importante de expressão do UT-B é na membrana dos eritrócitos. UT-A1 e A-3 são expressos, respectivamente, nas membranas apical e basolateral do DC medular interno. Já UT-A2 é expresso nas membranas apical e basolateral do segmento descendente fino da alça. Esses transportadores reciclam e, portanto, concentram a ureia na medula renal, contribuindo para a hipertonicidade do interstício medular, necessária para uma máxima concentração urinária (ou conservação da água do organismo) e, também, para permitir a excreção renal de ureia com um volume mínimo de água. No entanto, há um debate sobre se os UTs também são importantes para facilitar o transporte de H2O (em estados de desidratação) e NH3 (em estados de acidose) no rim. Trabalho anterior demostra que o UT-B de humano, expresso em níveis elevados em oócitos de Xenopus laevis, não apenas transporta ureia, mas também funciona como um canal para água e NH3. A estrutura cristalina do UT-B de bovino mostra que os UTs são proteínas de canal homotriméricas. Cada monômero, formado por dez segmentos transmembranais, funciona como um canal para a passagem de ureia. No centro dos três monômeros há um poro hidrofóbico bloqueado por moléculas lipídicas. Nossa hipótese é que os UT-As são capazes de transportar ureia, H2O e NH3 através do poro monomérico para ureia. Assim, nosso estudo explorará as permeabilidades à ureia, H2O e NH3 de UT-As de camundongos expressos em oócitos de Lithobates catesbeianus ¾ um sistema de expressão heteróloga padronizado em nosso laboratório - na presença de inibidores específicos e mutações pontuais. A captação de ureia será monitorada usando ureia marcada com Carbono14. A permeabilidade osmótica à água será computada através de microscopia de vídeo-imagem do aumento do volume de oócitos expostos à uma solução hipotônica. A permeabilidade à NH3 será avaliada através da técnica de medidas do pH de superfície (pHS) que utiliza um microeletrodo de vidro com ponta romba, sensível a H+, para medir as variações no pHS causadas pelo influxo resultante de NH3. Acreditamos que os resultados deste estudo podem fornecer informações importantes sobre as funções dos UTs - com suas permeabilidades à uréia, água e NH3 são uma importante conexão para integrar a excreção de resíduos nitrogenados, água e ácido. Aprofundar o conhecimento dos mecanismos envolvidos na excreção de água e ácido (amônia) pelos rins é fundamental para melhor compreensão da fisiologia renal e dos distúrbios do equilíbrio ácido-base do organismo. (AU)

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

WANG, JIN-LIN; WANG, XIAO-YU; WANG, DENG-KE; PARKER, MARK D.; MUSA-AZIZ, RAIF; POPPLE, JACOB; GUO, YI-MIN; MIN, TIAN-XIN; XIA, TIAN; TAN, MIN; et al. Multiple acid-base and electrolyte disturbances upregulate NBCn1, NBCn2, IRBIT and L-IRBIT in the mTAL. JOURNAL OF PHYSIOLOGY-LONDON, v. 598, n. 16, MAY 2020. (18/22855-1)

KABUTOMORI, J.; PINA-LOPES, N.; MUSA-AZIZ, R.. Water transport mediated by murine urea transporters: implications for urine concentration mechanisms. BIOLOGY OPEN, v. 9, n. 8, p. 9-pg., 2020-08-01. (18/22855-1)