Isozymes of the Na-K-ATPase: heterogeneity in structure, diversity in function

American Journal of Physiology - Renal Physiology - Tập 275 Số 5 - Trang F633-F650 - 1998
Gustavo Blanco1, Robert W. Mercer1
1Department of Cell Biology and Physiology, Washington University School of Medicine, St. Louis, Missouri 63110

Tóm tắt

The Na-K-ATPase is characterized by a complex molecular heterogeneity that results from the expression and differential association of multiple isoforms of both its α- and β-subunits. At present, as many as four different α-polypeptides (α1, α2, α3, and α4) and three distinct β-isoforms (β1, β2, and β3) have been identified in mammalian cells. The stringent constraints on the structure of the Na pump isozymes during evolution and their tissue-specific and developmental pattern of expression suggests that the different Na-K-ATPases have evolved distinct properties to respond to cellular requirements. This review focuses on the functional properties, regulation, and possible physiological relevance of the Na pump isozymes. The coexistence of multiple α- and β-isoforms in most cells has hindered the understanding of the roles of the individual polypeptides. The use of heterologous expression systems has helped circumvent this problem. The kinetic characteristics of different Na-K-ATPase isozymes to the activating cations (Na+and K+), the substrate ATP, and the inhibitors Ca2+and ouabain demonstrate that each isoform has distinct properties. In addition, intracellular messengers differentially regulate the activity of the individual Na-K-ATPase isozymes. Thus the regulation of specific Na pump isozymes gives cells the ability to precisely coordinate Na-K-ATPase activity to their physiological requirements.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Ackermann U., 1992, J. Cell Biol., 267, 12911

Ahn K., 1993, Am. J. Physiol., 265, F792

10.1016/0014-5793(91)80896-B

10.1016/0014-5793(94)80210-6

10.1083/jcb.104.6.1587

10.1073/pnas.88.7.2798

10.1002/(SICI)1097-4547(19961201)46:5<551::AID-JNR4>3.0.CO;2-I

10.1016/0014-5793(89)80793-8

10.1074/jbc.270.15.8785

10.1074/jbc.271.38.23407

10.1074/jbc.272.36.22405

10.1073/pnas.92.13.6092

10.1016/0006-2952(87)90551-X

10.1016/0014-5793(89)81816-2

10.1016/0005-2736(83)90464-9

10.1074/jbc.272.15.10318

Beguin P., 1994, J. Biol. Chem., 269, 24437, 10.1016/S0021-9258(19)51103-6

10.1152/ajpcell.1996.270.1.C131

10.1021/bi960516o

10.1093/emboj/16.14.4250

10.1091/mbc.8.3.387

10.1016/0005-2736(90)90027-L

10.1016/0014-5793(94)00550-8

10.1111/j.1471-4159.1978.tb06577.x

10.1111/j.1471-4159.1979.tb00386.x

Bertorello A. M., 1993, Am. J. Physiol., 265, F743

10.1016/S0167-4781(96)00192-3

Blanco G., 1988, Prog. Clin. Biol. Res., 268, 271

10.1016/0005-2736(90)90039-Q

10.1073/pnas.90.5.1824

Blanco G., 1994, J. Biol. Chem., 269, 23420, 10.1016/S0021-9258(17)31532-6

10.1073/pnas.91.18.8542

10.1021/bi00001a039

10.1111/j.1749-6632.1997.tb52322.x

10.1021/bi00031a011

10.1152/ajpcell.1993.264.6.C1367

10.1007/BF00212996

Book C. B., 1994, Am. J. Physiol., 266, H1221

10.1016/0006-8993(93)91179-V

10.1152/ajpcell.1990.258.5.C803

10.1016/0014-5793(91)81231-V

10.1016/0169-328X(94)90264-X

10.1021/bi00213a005

Canfield V. A., 1992, New Biol., 4, 339

Carafoli E., 1992, J. Bioenerg. Biomembr., 24, 245, 10.1007/BF00768845

10.1152/ajpcell.1996.271.1.C136

Charlemagne D., 1993, Herz, 18, 79

Charlemagne D., 1994, J. Biol. Chem., 269, 1541, 10.1016/S0021-9258(17)42290-3

10.1093/eurheartj/16.suppl_C.20

Chow D. C., 1995, J. Exp. Biol., 198, 1, 10.1242/jeb.198.1.1

10.1038/ki.1994.315

10.1016/0014-5793(96)00032-4

10.1007/BF01871029

Cortas N., 1988, Prog. Clin. Biol. Res., 268, 287

Daly S. E., 1994, J. Biol. Chem., 269, 23944, 10.1016/S0021-9258(19)51029-8

10.1074/jbc.271.39.23683

DeTomaso A. W., 1993, J. Biol. Chem., 268, 1470, 10.1016/S0021-9258(18)54099-0

10.3181/00379727-205-43699

Doris P. A., 1996, Miner. Electrolyte Metab., 22, 303

Eakle K. A., 1994, J. Biol. Chem., 269, 6550, 10.1016/S0021-9258(17)37407-0

10.1073/pnas.89.7.2834

10.1074/jbc.270.23.13937

Emanuel J. R., 1988, J. Biol. Chem., 263, 7726, 10.1016/S0021-9258(18)68559-X

10.1093/eurheartj/5.suppl_F.297

10.1016/0165-6147(85)90135-X

10.1152/ajpcell.1995.269.2.C295

10.1016/0166-2236(88)90096-3

Fambrough D. M., 1983, J. Biol. Chem., 258, 3926, 10.1016/S0021-9258(18)32756-X

10.1152/ajpcell.1991.260.3.C468

Feige G., 1988, Prog. Clin. Biol. Res., 268, 377

10.1007/BF00374651

10.1152/ajpcell.1995.268.5.C1277

10.1074/jbc.270.23.14072

10.1159/000111422

Fisone G., 1994, J. Biol. Chem., 269, 9368, 10.1016/S0021-9258(17)37117-X

10.1021/bi00610a037

Garg L. C., 1993, J. Am. Soc. Nephrol., 4, 195, 10.1681/ASN.V42195

10.1111/j.1471-4159.1993.tb05844.x

Ghosh S., 1990, J. Biol. Chem., 265, 2935, 10.1016/S0021-9258(19)39891-6

10.1083/jcb.110.1.165

10.1113/jphysiol.1993.sp019540

10.1073/pnas.87.23.9088

10.1097/00004872-199602000-00002

Hamlyn J. M., 1989, J. Biol. Chem., 264, 7395, 10.1016/S0021-9258(18)83247-1

Hansen O., 1992, Acta Physiol. Scand. Suppl., 607, 229

Hara Y., 1988, Prog. Clin. Biol. Res., 268, 73

10.1248/bpb1978.11.533

10.1016/0006-291X(81)91514-X

10.1111/j.1471-4159.1985.tb07157.x

Haupert G. T., 1988, Prog. Biochem. Pharmacol., 23, 10

Haupert G. T., 1988, Prog. Clin. Biol. Res., 268, 297

10.1007/BF00769038

Horiuchi A., 1993, Mol. Pharmacol., 43, 281

Horowitz B., 1990, J. Biol. Chem., 265, 4189, 10.1016/S0021-9258(19)39543-2

Horowitz B., 1988, Prog. Clin. Biol. Res., 268, 85

Hundal H. S., 1992, J. Biol. Chem., 267, 5040, 10.1016/S0021-9258(18)42725-1

10.1093/oxfordjournals.jbchem.a122472

10.1002/glia.440150403

10.1111/j.1749-6632.1992.tb43789.x

10.1085/jgp.103.4.605

10.1016/0005-2736(92)90297-Y

Jewell E. A., 1991, J. Biol. Chem., 266, 16925, 10.1016/S0021-9258(18)55391-6

10.1111/j.1749-6632.1992.tb43790.x

Jewell E. A., 1992, Acta Physiol. Scand. Suppl., 607, 161

10.1083/jcb.139.6.1545

10.1073/pnas.94.5.1800

10.1016/S1054-3589(08)60434-2

10.1126/science.3039660

10.1016/0014-5793(92)80507-D

10.1021/bi970109s

10.1016/0005-2736(93)90219-P

Lemas M. V., 1994, J. Biol. Chem., 269, 18651, 10.1016/S0021-9258(17)32359-1

10.1007/BFb0030902

10.1016/0079-6107(94)90005-1

Lingrel J. B., 1992, J. Bioenerg. Biomembr., 24, 263, 10.1007/BF00768847

Lingrel J. B., 1994, J. Biol. Chem., 269, 19659, 10.1016/S0021-9258(17)32067-7

10.1016/S0079-6603(08)60708-4

Lingrel J. B., 1994, Renal Physiol. Biochem., 17, 198

Lowndes J. M., 1984, J. Biol. Chem., 259, 10533, 10.1016/S0021-9258(18)90996-8

Lucchesi P. A., 1991, J. Biol. Chem., 266, 9327, 10.1016/S0021-9258(18)31589-8

Lucking K., 1996, Am. J. Physiol., 271, F253

10.1021/bi00077a029

10.1021/bi00048a001

Lytton J., 1985, J. Biol. Chem., 260, 10075, 10.1016/S0021-9258(17)39214-1

10.1016/0006-291X(85)91198-2

Lytton J., 1985, J. Biol. Chem., 260, 1177, 10.1016/S0021-9258(20)71224-X

10.1139/y92-210

10.1083/jcb.127.3.835

10.1074/jbc.271.37.22754

10.1073/pnas.45.5.753

10.1016/0024-3205(78)90654-9

Martin-Vasallo P., 1989, J. Biol. Chem., 264, 4613, 10.1016/S0021-9258(18)83787-5

Matsuda T., 1984, J. Biol. Chem., 259, 3858, 10.1016/S0021-9258(17)43176-0

10.1097/00041552-199309000-00006

10.1096/fasebj.4.6.2156741

10.1152/ajpcell.1994.267.4.C901

10.1016/0022-2828(95)90069-1

10.1016/S0006-291X(05)81027-7

10.1523/JNEUROSCI.11-02-00381.1991

10.1073/pnas.91.25.12056

Medford R. M., 1993, Heart Dis. Stroke, 2, 250

Medford R. M., 1991, J. Biol. Chem., 266, 18308, 10.1016/S0021-9258(18)55270-4

Mercer R. W., 1993, Int. Rev. Cytol., 137, 139

10.1083/jcb.121.3.579

Middleton J. P., 1996, Miner. Electrolyte Metab., 22, 293

10.1073/pnas.95.11.6521

Mohraz M., 1994, J. Biol. Chem., 266, 2929, 10.1016/S0021-9258(17)42030-8

10.1074/jbc.270.5.2176

Muller-Husmann G., 1993, J. Biol. Chem., 268, 26260, 10.1016/S0021-9258(19)74309-9

Munzer J. S., 1994, J. Biol. Chem., 269, 16668, 10.1016/S0021-9258(19)89442-5

10.1006/abbi.1994.1136

Orlowski J., 1988, J. Biol. Chem., 263, 10436, 10.1016/S0021-9258(19)81535-1

Palmer C. J., 1991, J. Biol. Chem., 266, 11126, 10.1016/S0021-9258(18)99137-4

10.1016/0006-2952(94)90024-8

10.1152/ajpcell.1990.258.1.C1

10.1007/s002329900174

10.1523/JNEUROSCI.17-10-03488.1997

10.1016/0012-1606(78)90302-0

10.1152/ajpcell.1992.262.3.C743

Pressley T. A., 1996, Miner. Electrolyte Metab., 22, 264

10.1016/S0006-291X(80)80080-5

10.1111/j.1469-185X.1992.tb01658.x

Repke K. R., 1996, Prog. Drug Res., 47, 9

10.1021/bi00568a021

10.1016/0378-1119(94)00812-7

10.1016/0955-0674(91)90042-W

Satoh T., 1993, Am. J. Physiol., 265, F399

10.1172/JCI116215

10.1291/hypres.18.SupplementI_S137

Scavone C., 1995, J. Pharmacol. Exp. Ther., 272, 1036

10.1016/0005-2736(94)90157-0

Schmalzing G., 1992, J. Biol. Chem., 267, 20212, 10.1016/S0021-9258(19)88688-X

10.1073/pnas.94.4.1136

10.1016/S0926-6410(96)00064-X

10.1073/pnas.82.18.6357

10.1016/0014-4835(90)90086-A

10.1177/39.4.1848572

10.1007/BF00374458

10.1093/cvr/27.12.2229

10.1073/pnas.91.26.12952

10.1021/bi00373a001

10.1038/316691a0

10.1016/0888-7543(91)90152-5

10.1073/pnas.87.3.1178

10.1016/0014-5793(90)81278-V

Skou J. C., 1992, J. Bioenerg. Biomembr., 24, 249, 10.1007/BF00768846

10.1152/ajpcell.1981.240.5.C207

10.1016/0014-5793(87)80677-4

Sweadner K. J., 1979, J. Biol. Chem., 254, 6060, 10.1016/S0021-9258(18)50519-6

Sweadner K. J., 1985, J. Biol. Chem., 260, 11508, 10.1016/S0021-9258(17)39059-2

10.1016/0304-4157(89)90019-1

Sweadner K. J., 1991, Soc. Gen. Physiol. Ser., 46, 63

10.1139/y92-269

10.1111/j.1749-6632.1992.tb43798.x

10.1016/0014-5793(88)80256-4

10.1152/ajpcell.1990.259.4.C619

10.1016/0378-5955(94)90066-3

10.1074/jbc.271.12.7104

10.1074/jbc.272.51.32628

Thomas R., 1990, Adv. Drug Delivery Res., 19, 313

Tumlin J. A., 1994, Am. J. Physiol., 266, F240

10.1016/0006-291X(91)91513-C

10.1093/oxfordjournals.jbchem.a132654

10.1016/S0006-291X(88)80914-8

10.1016/0304-4157(93)90012-D

10.1016/0020-711X(80)90117-2

10.1146/annurev.ph.50.030188.001451

Yoon K. L., 1994, J. Biol. Chem., 269, 28249, 10.1016/S0021-9258(18)46921-9

10.1006/abbi.1997.0255

10.1073/pnas.89.1.99

10.1016/0005-2736(93)90200-J

10.1007/BF00788912

Zamofing D., 1988, Prog. Clin. Biol. Res., 268, 163

10.1152/ajpcell.1989.256.5.C958

10.1021/bi00031a010

Zlokovic B. V., 1993, J. Biol. Chem., 268, 8019, 10.1016/S0021-9258(18)53058-1

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Tập 275 Số 5

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