Le acquaporine: scoperta, struttura e funzioni nel corpo umano

Scoperta delle acquaporine

Fino a poco più di dieci anni fa si pensava che il trasporto dell’acqua attraverso le membrane cellulari avvenisse esclusivamente per diffusione semplice. Erano comunque noti dei sistemi sperimentali, come ad esempio le membrane cellulari degli eritrociti di mammifero,in cui si osservava una permeabilità all’acqua troppo elevata per poter essere mediata dalla diffusione semplice attraverso il doppio strato lipidico, e ciò suggeriva l’esistenza di meccanismi aggiuntivi di trasporto dell’acqua. La situazione divenne più chiara nel 1992, quando fu identificato il primo canale di trasporto dell’acqua. Oggi si conoscono, nell’uomo,ben 10 diverse proteine di trasporto dell’acqua, alle quali si dà il nome di acquaporine. Le acquaporine sono caratterizzate dall’avere una capacità di permeazione dell’acqua paragonabile alla libera diffusione in un mezzo acquoso. Esse inoltre hanno una elevata selettività per l’acqua, escludendo il passaggio delle varie specie ioniche, inclusi i protoni. L’unico inibitore noto delle acquaporineè lo ione mercurio.

Struttura delle acquaporine

Da un punto di vista strutturale le acquaporine sono proteine contenenti sei α-eliche transmembrana, con loop altamente conservati tra il secondo e terzo (loop B) e il quinto e sesto (loop E) segmento transmembrana, entrambi contenenti uno stesso motivo costituito dagli aminoacidi asparagina-prolina-alanina (NPA). Nella struttura tridimensionale i loop B e E si uniscono tra loro, giustapponendo i due motivi NPA, a formare il poro di permeazione dell’acqua, che ha un diametro di circa 3 Å. Nelle membrane cellulari le acquaporine sono presenti come tetrameri, ciascuno avente quattro pori acquosi derivanti dalle quattro coppie di loop B/E.

Ruoli funzionali delle acquaporine

Le acquaporine svolgono importanti ruoli funzionali. L’APQ0è stato trovato nelle cellule del cristallino dove, oltre al trasporto dell’acqua, ha anche un ruolo nell’adesione cellulare. L’AQP1 è presente in quasi tutti i tessuti. Nel rene questa proteina è localizzata nel tubulo contorto prossimale e nella parte discendente dell’ansa di Henle, dove si crede sia coinvolta nel riassorbimento costitutivo dell’acqua. AQP2 e AQP3 si trovano nelle membrane delle cellule epiteliali del dotto collettore renale, localizzate rispettivamente a livello apicale e basolaterale. A riposo l’AQP2 si trova in vescicole lipidiche intracellulari, e la vasopressina è in grado di promuovere il loro inserimento in membrana, incrementando così il trasporto dell’acqua. AQP4 è prevalentemente localizzato nel cervello, dove è coinvolto nella regolazione dei liquidi extravascolari. AQP5 è stato trovato nelle membrane apicali di numerose ghiandole, dove ha un ruolo nella secrezione, e nell’epitelio della cornea, dove contribuisce alla sua idratazione e trasparenza. APQ6 è prevalentemente espresso nelle cellule intercalari del dotto collettore renale, dove si localizza in vescicole intracellulari, e sembra coinvolto nella secrezione acida. Infine AQP3, 7 e 9 sono caratterizzati dall’essere permeabili, oltre che all’acqua, anche al glicerolo. Si pensa che queste acquaporine possano avere un ruolo come trasportatori di glicerol negli epatociti e negli adipociti.