La nefrina és una proteïna transmembrana de tipus 1, composta per 9 subdominis. Es troba en les membranes dels podòcits, concretament, formant part del diafragma de filtració. El gen NPHS1, situat al braç llarg del cromosoma 19 (19q13.1), codifica la nefrina. Aquest gen té una mida de 26 kB i conté 29 exons.
Descobriment La nefrina va ser descrita per primer cop l'any 1998 per un grup de recerca suec, liderat per Karl Tryggvasson, que la va identificar com a causant de la síndrome nefròtica congènita de tipus Finlandès.
Estructura miniatura|Estructura de la nefrina
Estructura primària Està composta per 1241 aminoàcids. Té un pes de 135 kDa abans d'experimentar modificacions posttraduccionals i d'entre 185 i 200 kDa després. El seu domini intracel·lular és ric en tirosina i treonina, la fosforilació de les quals resulta clau en la funcionalitat de la proteïna. Els residus fosforilats es poden classificar en treonines (T1120 i T1125), tirosines de grup A (Y1114, Y1138 i Y1139) i tirosines de grup B (Y1176, Y1193 i Y1217). Afegidament, conté 10 asparagines glicosilades repartides de manera no uniforme. Aquestes glicosilacions contenen àcid siàlic i poden proporcionar una càrrega negativa a la barrera de filtració glomerular.
Estructura terciària La nefrina és una proteïna transmembrana que presenta un domini extracel·lular d'una llargada de ∼ 35 nm, constituït per 8 motius d'immunoglobulina de tipus C2 i un motiu de fibronectina tipus III, i un domini intracel·lular més petit. Cadascun dels seus motius IgG formen estructures globulars via ponts disulfur gràcies al fet que contenen dos residus de cisteïna. Addicionalment, en conté 3 a la resta del seu domini extracel·lular, un al domini IgG 1, un a l'espai entre els dominis IgG 6 i 7 i un al motiu de fibronectina.
Representació gràfica: https://www.ebi.ac.uk/pdbe/entry/pdb/4zrt?activeTab=macromolecules&id=2
Estructura quaternària: +ProteïnaLloc d'interaccióCD2APTerminal-CCOMPLEX TRIPARTIT MAGI1Domini PDZ 2IGSF5/JAM4 -DDNMotius IgGKIRREL1Motius IgGKIRREL2Motius IgGKIRREL3 -COMPLEXACTN4 Domini intracel·lularCASKIQGAP1MAGI2SPTAN1SPTNBN1PODOCINA (NEPH2) Motius IgGPIK3R1 -
Activació i regulació La proteïna WT1 (proteïna supressora del tumor de Wilms) és essencial en el procés de desenvolupament del ronyó i el manteniment de l'estructura i funció del glomèrul. Aquesta proteïna s'expressa conjuntament amb la nefrina en podòcits diferenciats. WT1 actua com a factor de transcripció de la nefrina, unint-se a un fragment de 186 parells de bases de NPHS1. S'uneix al lloc d'unió de la nefrina i transactiva el promotor de la nefrina.
Les proteïnes WT1 i NF-kB regulen l'expressió de la nefrina i Neph3 de manera cooperativa. El complex NF-kB s'uneix al lloc d'unió de la proteïna, activa el seu promotor i, posteriorment, activa l'expressió del RNAm de la nefrina. L'activació d'aquest factor de transcripció s'associa a dany cel·lular en glomèruls i ronyons, tal com la nefropatia diabètica. La seva acumulació als podòcits es relaciona amb alteracions al procés de formació de peus de podòcits.
El factor de transcripció GABP (GA-binding protein) podria exercir un paper important en el manteniment de la funcionalitat dels podòcits. Al promotor proximal de la nefrina hi ha tres llocs d'unió de GABP, als quals GABP s'uneix per activar el promotor proximal. D'aquesta manera, promou la transcripció de NPHS1. GABP tendeix a actuar conjuntament amb altres factors de transcripció, el qual suggereix que podria actuar amb WT1 o NF-kB, entre d'altres.
PPARα activa l'expressió de la nefrina mitjançant dos mecanismes. Estabilitza el RNAm de la nefrina, activant la seva expressió, al mateix temps que estimula l'activitat del promotor de la nefrina. Aquestes dues accions s'associen a una major síntesi de nefrina.
El factor de transcripció Sp1 s'expressa durant el desenvolupament del ronyó i en podòcits madurs. Sp1 s'uneix a un lloc d'unió de Sp1 a la nefrina, activant la seva expressió. Està involucrada en l'expressió basal del gen Neph3.
La metilació del DNA, en canvi, silencia la transcripció dels gens codificants de la nefrina. La metilació es produeix als llocs CpG del DNA. La nefrina presenta dos llocs CpG a la seva seqüència, un al seu promotor i l'altre a la seva regió codificant. La metilació del DNA al lloc CpG del promotor fa disminuir l'accessibilitat dels factors de transcripció a aquesta regió, impedint així l'expressió del RNAm de la nefrina. Afegidament, podria actuar de manera indirecta sobre els factors de transcripció, modificant la seva expressió.
Funció Element estructural del diafragma de fenedura miniatura|150x150px|Esquema simplificat de la barrera de filtració miniatura|200x200px|Disposició de la nefrina en el diafragma de fenedura Forma part del diafragma de fenedura, en anglès slit diaphragm, dels podòcits i, per tant, intervé en l’eficàcia de la barrera de filtració glomerular. La barrera de filtració glomerular està composta per 3 subnivells cel·lulars; l’endoteli fenestrat, la membrana basal glomerular (MBG) i, finalment, la capa de podòcits. Atès que l'endoteli presenta porus d'una mida significativa, és la MBG que realment actua com a barrera directa del pas de macromolècules. Els podòcits formen la connexió entre aquesta i l’espai urinari, atès que tenen unes estructures (peus) que els permeten recobrir la superfície externa de la MBG. Aquesta unió intercel·lular conté una membrana extremadament fina, el diafragma de fenedura. Les nefrines estableixen interaccions homofíliques cis i trans amb nefrines adjacents, pertanyents o no al mateix peu de podòcit. Es creu que formen estructures isoporoses que segueixen patrons de tipus zipper al diafragma de filtració. La nefrina se situaria al centre d'aquestes estructures isoporoses, envoltada de porus.
Manteniment de l'estructura dels podòcits La nefrina interacciona amb diverses proteïnes que regulen l’estructura polaritzada del podòcit. S'uneix al complex aPKC via la subunitat Par3. Aquesta interacció permet sostenir l'estructura característica del peu del podòcit i inhibir el canal NF-κB pathway, que es preveu que en estat activat ocasiona proteïnúria i esclerosis glomerular. A més a més, s'ha vist associada a IQGAP1, una proteïna mediadora de diversos processos cel·lulars, així com de les GTPases Rac1 i Cdc42, destacant altre cop el rol de la nefrina en la distribució del citoesquelet dels podòcits.miniatura|270x270px|Procés de formació del diafragma de fenedura via la polimerització del citoesquelet d'actina
Plataforma de senyalització en la formació i reparació del slit diaphragm La fosforilació via quinases Src del domini intracel·lular de la nefrina desencadena el reclutament d’adaptadors Nck, donant com a resultat la polimerització del citoesquelet d'actina. Un cop format el diafragma de fenedura, les nefrines són desfosforilades per a poder adjuntar-se als peus dels podòcits, via la unió de proteïnes com CD2AP. Després d'una lesió, la nefrina pot tornar a ser fosforilada i posteriorment desfosforilada per reorganitzar el citoesquelet un altre cop. Tot això li atorga una mobilitat i capacitat d'adaptació als peus dels podòcits, cosa que és imprescindible per mantenir l'estabilitat del diafragma de fenedura durant situacions d'estrès.
Regulació del trànsit i l’endocitosi de la pròpia nefrina La localització i quantitat de la nefrina a la superfície cel·lular dels peus dels podòcits estan regulades per mecanismes de trànsit intracel·lular i endocitosi. Això permet mantenir la presència adequada de nefrina en el diafragma de filtració per a assegurar la funció de barrera de filtració glomerular.
Gràcies al fet que la nefrina presenta motius de citosol com el de tipus Y1139RSL, aquesta pot ser internalitzada mitjançant endocitosi mediada per clatrina. Adaptadors com β-arrestina2, CIN85 i PACSIN2 també hi participen en la seva internalització a més d’intervenir en altres processos relacionats amb la nefrina, com la seva degradació o reciclatge.
β-arrestina2 interacciona amb l’extrem C-terminal de la nefrina. En reconèixer els residus fosforilats de la nefrina facilita la seva unió a la maquinària d’endocitosi mediada per clatrina. CIN85 promou la ubiquitinació de la nefrina i condueix a un augment de la seva internalització. Aquest adaptador pot facilitar la seva degradació en cas d’haver-hi senyals d’estrès o dany.
PACSIN2 incrementa la velocitat del trànsit intracel·lular de la nefrina mitjançant la interacció amb proteïnes reguladores d'endosomes primerencs i promou el seu reciclatge o endocitosi.
Regulació de la senyalització del calci La fosforilació de la nefrina també pot resultar en l'acoblament, fosforilació i activació de la fosfolipasa Cγ1 (PLC γ1), enzim que participa en la regulació de la senyalització dels nivells de calci.
Funcions extrarenals La detecció d'activitat extrarenal de la nefrina en rosegadors ha donat peu a investigacions envers les altres possibles funcions de la nefrina en humans. En adults, ha sigut identificada en teixit pancreàtic i limfàtic. El rol de la nefrina en l'àmbit extrarenal, però, encara és obscur, atès que existeixen factors contradictoris; els pacients amb el gen NPHS1 mutat no presenten alteracions neurològiques o pancreàtiques i en embrions no ha sigut identificada en cap d'aquests teixits.
Importància clínica La nefrina té un paper destacat en la pràctica clínica perquè la seva alteració s'associa a diversos trastorns glomerulars caracteritzats per proteïnúria i afectació de la funció renal. La seva expressió i estabilitat es consideren indicadors rellevants de l'estat dels podòcits, motiu pel qual és objecte d'interès tant en el diagnòstic com en la recerca sobre glomerulopaties.
A més, canvis en la quantitat o localització de nefrina s'han identificat en múltiples contextos patològics, el que ha ampliat el seu valor com a marcador clínic i ha situat aquesta proteïna com un element central en l'avaluació del dany glomerular. En estudis recents també s'ha suggerit que la detecció de nefrina en mostres biològiques pot tenir utilitat en la identificació primerenca de lesions renals en diferents malalties.
Funció anormal Les alteracions en la funció de la nefrina s'han relacionat principalment amb mutacions del gen NPHS1, que poden modificar la seva síntesi, estructura o localització cel·lular. Aquestes alteracions comprometen la formació i estabilitat del diafragma de fenedura dels podòcits, fet que n'afecta la capacitat de mantenir la integritat de la barrera de filtració glomerular.
Els primers estudis genètics exhaustius van descriure múltiples mutacions patogèniques al NPHS1, responsables d'una producció absent o defectuosa de la proteïna. Entre aquestes, els al·lels Fin-major i Fin-minor van ser identificats com les variants més freqüents i associades a una manca quasi total de nefrina funcional.
L'anàlisi posterior de l'espectre mutacional va evidenciar una àmplia varietat de mutacions missense, nonsense i d'esplice, cadascuna amb efectes diferenciats sobre la funció de la proteïna. Aquestes variants poden produir tant una reducció quantitativa de la nefrina com una pèrdua parcial de la seva activitat, contribuint a fenotips clínics de gravetat variable.
A nivell molecular, diversos estudis han demostrat que mutacions missense poden interferir en el tràfic intracel·lular de la proteïna. En aquests casos, la nefrina pot quedar retinguda al reticle endoplasmàtic, no arribar a la membrana dels podòcits o ser degradada prematurament, fet que limita la formació adequada del diafragma de fenedura i en redueix la funcionalitat.
En conjunt, les alteracions genètiques del NPHS1 contribueixen a una disminució quantitativa i qualitativa de la nefrina, el que compromet l'estabilitat dels podòcits i facilita l'aparició de proteïnúria i disfunció de la barrera de filtració glomerular.
Malalties associades Malalties genètiques