蛋白激酶，赖氨酸缺乏 4; WNK4

PRKWNK4

HGNC 批准的基因符号：WNK4

细胞遗传学位置：17q21.2 基因组坐标（GRCh38）：17:42,779,700-42,797,065（来自 NCBI）

▼ 描述

WNK4 是肾电解质转运的综合调节剂，其主要靶点是噻嗪类敏感的 Na-Cl 协同转运蛋白 NCC（SLC12A3; 600968）（Wu 和 Peng, 2013）。

▼ 克隆与表达

WNK4 是 Wilson 等人鉴定的一种丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶（2001）因为它与 WNK1（605232）同源。WNK 旁系同源物编码的蛋白质在激酶结构域中表现出高度保守性，并且在活性位点中以半胱氨酸取代赖氨酸。WNK4 编码的氨基酸序列与 WNK1 在跨越激酶结构域和第一个推定螺旋结构域的 370 个氨基酸片段上显示出 76% 的同一性，在包含 C 端推定螺旋结构域的 83 个氨基酸片段上显示出 51% 的同一性，在从 WNK4 残基 604 到 741 的 102 个氨基酸片段上显示出 52% 的同一性。这些结构域内的内含子-外显子边界在两个基因之间是保守的。WNK4 实际上只在肾脏中表达，定位于远端曲管和皮质集合管，远端肾单位的邻近部分在盐、水、钾和 pH 稳态中发挥关键作用。WNK4 仅存在于远曲小管的细胞内连接处以及皮质集合管的细胞质和细胞间连接处。WNK4 与 ZO1（TJP1；601009）（一种紧密连接蛋白）共定位，但不与粘蛋白（193065）（一种粘附连接蛋白）共定位。因此，威尔逊等人（2001）得出结论，WNK4 是紧密连接复合体的一部分。但粘蛋白（193065）（一种粘附连接蛋白）则不然。因此，威尔逊等人（2001）得出结论，WNK4 是紧密连接复合物的一部分。但粘蛋白（193065）（一种粘附连接蛋白）则不然。因此，威尔逊等人（2001）得出结论，WNK4 是紧密连接复合体的一部分。

通过免疫组织化学分析，Ring 等人（2007）显示了小鼠远端结肠和远端肾单位中 Wnk4 的表达。

▼ 基因功能

II型假性醛固酮增多症（PHAII；见145260）的临床特征，即高血压、高钾血症、高氯血症和代谢性酸中毒，均取决于氯阴离子。此外，WNK 突变引起的假性醛固酮增多症表型构成了 NCC 功能丧失突变引起的表型的“镜像”，这表明 PHAII 可能是由于 WNK 信号传导改变而导致 SLC12A3 活性增加所致。Wilson 等人通过研究非洲爪蟾卵母细胞中野生型和突变型小鼠 Wnk4 的异源表达（2003）证明 Slc12a3 活性被野生型抑制，但不被突变型 Wnk4 抑制。野生型 Wnk4 通过减少 Slc12a3 在膜上的表达来抑制 Slc12a3。抑制取决于 Wnk4 激酶活性，因为废除激酶功能的错义突变阻止了抑制作用。远离激酶结构域的 PHAII 引起的错义突变也阻止了对 Slc12a3 活性的抑制。威尔逊等人（2003）得出结论，WNK4 负向调节 SLC12A3 的表面表达，这种调节的丧失可能导致遗传性高血压。

孤立地，杨等人（2003）发现小鼠 Wnk4 减少了注射的非洲爪蟾卵母细胞中 Slc12a3 的质膜关联。然而，他们发现一些导致 PHAII 的 Wnk4 突变保留了抑制 Slc12a3 的能力。此外，杨等人（2003）表明 Wnk1（605232）不影响卵母细胞中 Slc12a3 介导的钠摄取，但 Wnk1 与 Wnk4 和 Slc12a3 的共表达将钠摄取恢复到单独表达 Slc12a3 的卵母细胞中观察到的水平。

为了研究 WNK1 和 WNK4 相互作用调节离子转运的机制，Yang 等人（2005）在 HEK293 细胞和非洲爪蟾卵母细胞中进行的实验表明，WNK4 羧基末端介导 SLC12A3 抑制，WNK1 激酶结构域与 WNK4 激酶结构域相互作用，并且 WNK1 对 WNK4 的抑制依赖于 WNK1 催化活性和完整的 WNK1 蛋白。

系统生物学的一个关键问题是如何整合不同的生理过程以产生整体稳态。遗传分析可以通过识别扰乱这种整合的基因来做出贡献。一种系统协调肾脏 NaCl 和 K+ 通量，以实现血压和血清 K+ 浓度的稳态。Wilson 等人报道的定位克隆（2001）指出丝氨酸-苏氨酸激酶 WNK4 参与了这一过程。野生型 WNK4 抑制肾 Na-Cl 协同转运蛋白（NCC） SLC12A3；导致 IIB 型假性醛固酮增多症的 WNK4 突变可缓解这种抑制作用。这解释了该疾病的高血压，但不能解释高钾血症。通过在非洲爪蟾卵母细胞中的表达，Kahle 等人（2003）表明 WNK4 还抑制肾 K+ 通道 ROMK（KCNJ1; 600359）。这种抑制孤立于 WNK4 激酶活性，由 ROMK 的网格蛋白依赖性内吞作用介导，其机制不同于 WNK4 抑制 SLC12A3 的机制。值得注意的是，WNK4 中减轻 SLC12A3 抑制的相同突变显着增加了对 ROMK 的抑制。这些发现确立了 WNK4 作为多种离子转运蛋白的多功能调节剂；此外，他们还解释了 PHAII 的病理生理学。研究结果还确定 WNK4 是一种分子开关，可以改变 NaCl 重吸收和 K+ 分泌之间的平衡，以维持整体稳态。这些发现确立了 WNK4 作为多种离子转运蛋白的多功能调节剂；此外，他们还解释了 PHAII 的病理生理学。研究结果还确定 WNK4 是一种分子开关，可以改变 NaCl 重吸收和 K+ 分泌之间的平衡，以维持整体稳态。这些发现确立了 WNK4 作为多种离子转运蛋白的多功能调节剂；此外，他们还解释了 PHAII 的病理生理学。研究结果还确定 WNK4 是一种分子开关，可以改变 NaCl 重吸收和 K+ 分泌之间的平衡，以维持整体稳态。

卡勒等人（2004）确定野生型哺乳动物 Wnk4 的诱导通过增加预先形成的紧密连接的绝对氯渗透性来降低跨上皮阻力。对激酶活性至关重要的残基发生突变的 Wnk4 没有效果。Wnk4 不会改变不带电溶质的通量、紧密连接蛋白的表达或定位或紧密连接结构。卡勒等人（2004）得出结论，WNK4 协调紧密连接通透性以及跨细胞离子通量以实现 NaCl 和 K+ 稳态。

通过在非洲爪蟾卵母细胞中的共表达，Ring 等人（2007）发现小鼠 Wnk4 抑制上皮 Na（+）通道（ENaC），这是醛固酮敏感的 Na（+）吸收的主要介质，并且这种抑制与 Wnk4 激酶活性无关。抑制需要 ENaC β（SCNN1B; 600760）和 γ（SCNN1G; 600761）亚基中完整的 C 末端，其中包含用于靶向 ENaC 以从质膜清除的 PY 基序。PHAII 引起的突变消除了 Wnk4 抑制 ENaC 的能力。与野生型同窝小鼠相比，携带 PHAII 突变体 Wnk4 的小鼠的结肠上皮显示出阿米洛利敏感性 Na（+）通量增加。环等人（2007）得出结论，ENaC 是 WNK4 的下游靶标，并且 WNK4 调节结肠 Na（+）吸收。

环等人（2007）表明小鼠 Wnk4 被 Sgk1（602958）磷酸化，Sgk1 是醛固酮信号传导的介质，位于第二卷曲螺旋结构域的 C 端位点。模拟 Sgk1 位点磷酸化的 Wnk4 突变体减轻了 ENaC 和 ROMK 通道的抑制，导致 K（+）分泌增加。环等人（2007）得出结论，WNK4 在介导醛固酮对高钾血症的反应中发挥作用。

杨等人（2007）指出 WNK1、WNK4 和肾脏特异性 WNK1 同工型相互作用来调节 SLC12A3 活性，表明 WNK 形成信号复合物。他们发现，由远端肾小管细胞表达的人类 WNK3（300358）与啮齿动物 Wnk1 和 Wnk4 相互作用，调节培养的肾细胞和非洲爪蟾卵母细胞中的 SLC12A3。卵母细胞中 SLC12A3 的调节源于 WNK3 和 Wnk4 之间的拮抗作用。Wnk4 中与 PHAII 相关的突变对模仿 WNK3 过量的野生型 Wnk4 产生显性失活效应。

他等人（2007）表明哺乳动物 Wnk1 和 Wnk4 与内吞支架蛋白 intersectin-1（ITSN1; 602442）相互作用，并且这些相互作用对于刺激 Romk1 内吞作用至关重要。Wnk1 和 Wnk4 刺激 Romk1 内吞作用需要它们富含脯氨酸的基序，但不需要它们的激酶活性。PHAII 引起的 Wnk4 突变增强了 Wnk4 与 Itn1 和 Romk1 的相互作用，导致 Romk1 的内吞作用增加。

杨等人（2007）表明，啮齿动物 Wnk1 和 Wnk4 与人 CFTR（602421）的共表达抑制了非洲爪蟾卵母细胞中 CFTR 依赖性氯离子通道活性。Wnk4 的作用是剂量依赖性的，与 Wnk4 激酶活性无关，并且至少部分是通过降低质膜上的 CFTR 蛋白丰度而发生的。相反，Wnk1 对 CFTR 活性的影响需要 Wnk1 激酶活性。此外，Wnk1 和 Wnk4 表现出附加的 CFTR 抑制作用。具有 PHAII 相关突变的小鼠 Wnk4 是比野生型 Wnk4 更有效的 CFTR 活性抑制剂。

Mu 等人使用盐诱发高血压的啮齿动物模型和培养的小鼠远端集合管细胞（2011）发现β-2 肾上腺素受体（ADRB2; 109690）刺激导致 Wnk4 转录减少。Adrb2 刺激导致组蛋白脱乙酰酶 8（HDAC8; 300269）的环 AMP 依赖性抑制，从而增加乙酰化组蛋白 H3 和 H4 对 Wnk4 启动子区域的占用，以及糖皮质激素受体（GCCR; 138040）与 Wnk4 启动子中负性糖皮质激素反应元件的结合。Wnk4 的下调导致 Ncc 和 ENaC 激活、钠潴留和盐诱发的高血压。

KLHL3（605775）和 CUL3（603136）是滞蛋白-RING 泛素 E3 连接酶复合物的一部分，该复合物靶向肾电解质转运蛋白或其调节因子。Wu 和 Peng（2013）将编码人 KLHL3、WNK4、CUL3 和小鼠 Ncc 的构建体注射到非洲爪蟾卵母细胞中，发现 KLHL3 通过 WNK4 泛素化和降解降低 WNK4 蛋白丰度，从而抑制 WNK4 对 Ncc 的积极作用。KLHL3 对 Ncc 或共表达的下游激酶 OSR1（OXSR1；604046）没有影响。Wu 和 Peng（2013）得出结论，KLHL3 是 WNK4 泛素化和蛋白酶体介导的下调的重要接头。

▼ 基因结构

Wilson 等人（2001）确定 WNK4 基因包含 16 kb 基因组 DNA 内的 19 个外显子。

▼ 测绘

威尔逊等人的地图（2001）将 WNK4 基因定位于 17 号染色体上 D17S250 和 D17S579 基因座之间的区间，这两个基因座都位于包含 17 号染色体上 PHA2B（614491）基因座的最小遗传区间内。

▼ 分子遗传学

Wilson 等人（2001）在 IIB 型假性醛固酮增多症（PHA2B）患者中发现了 WNK4 基因（601844.0001-601844.0004）的 4 个错义突变。其中三个是电荷变化取代，聚集在第一个推定螺旋结构域远端的 4 个氨基酸中，位于带负电的 10 个氨基酸片段内，该片段在人类 WNK 家族的所有成员以及小鼠和大鼠的直系同源物中高度保守。

▼ 动物模型

由于高血压生理特征的复杂性，其病因一直不清楚。对孟德尔形式的高血压和低血压的研究表明，人类高血压发病机制中肾脏盐处理的变化。II 型假性醛固酮增多症（参见 145260）可由 WNK1 或 WNK4 突变引起。这两种基因的肾脏表达仅限于远端肾单位的上皮细胞——远端曲管（DCT）、连接小管（CNT）和集合管。这些观察结果表明，体外研究支持了 Wnks 可能调节这些肾单位片段中 Na+、Cl- 和 K+ 通量途径的观点。拉利奥蒂等人（2006）表明，携带野生型或 PHAII 突变体 Wnk4 的基因组片段转基因小鼠的肾脏生理学发生相反方向的变化：具有 PHAII 基因组片段的小鼠具有较高的血压、高钾血症、高钙尿症和明显的 DCT 增生，而具有野生型基因组片段的转基因小鼠则相反。DCT 的 Na-Cl 协同转运蛋白（NCC）遗传缺陷逆转了携带 PHAII 基因组片段的小鼠的表型，表明 PHAII 突变的影响是由于 NCC 活性改变所致。这些发现证实，Wnk4 是一种分子开关，通过影响 NCC 来改变 DCT 的质量和功能，从而调节 NaCl 重吸收和 K+ 分泌之间的平衡。DCT 的 Na-Cl 协同转运蛋白（NCC）遗传缺陷逆转了携带 PHAII 基因组片段的小鼠的表型，表明 PHAII 突变的影响是由于 NCC 活性改变所致。这些发现证实，Wnk4 是一种分子开关，通过影响 NCC 来改变 DCT 的质量和功能，从而调节 NaCl 重吸收和 K+ 分泌之间的平衡。DCT 的 Na-Cl 协同转运蛋白（NCC）遗传缺陷逆转了携带 PHAII 基因组片段的小鼠中观察到的表型，表明 PHAII 突变的影响是由于 NCC 活性改变所致。这些发现证实，Wnk4 是一种分子开关，通过影响 NCC 来改变 DCT 的质量和功能，从而调节 NaCl 重吸收和 K+ 分泌之间的平衡。

太田等人（2009）通过删除 Wnk4 基因的外显子 7 产生了 Wnk4 亚形小鼠。这些小鼠没有表现出低钾血症和代谢性碱中毒，但在低盐饮食下表现出低血压和钠和钾排泄增加。与野生型同窝小鼠相比，突变小鼠中 Osr1（OXSR1；604046）/Spak（STK39；607648）和 Ncc 的磷酸化显着降低。Romk 和 maxi-K（KCNMA1; 600150）的蛋白质水平没有改变，但上皮钠通道（ENaC）似乎被激活，作为 Ncc 功能降低的补偿机制。太田等人（2009）得出结论，野生型 WNK4 是 WNK-OSR1/SPAK-NCC 级联的正调节因子，是抗高血压药物的潜在靶点。

▼ 等位基因变异体（4 个选定示例）：

.0001 假性醛固酮减少症，IIB 型
WNK4，GLN565GLU
在 Farfel 等人先前描述的常染色体显性假性醛固酮减少症 IIB 型（PHA2B；614491）家族中（1978）并由曼斯菲尔德等人进一步表征（1997），威尔逊等人（2001）在 WNK4 基因中发现了一个 C 到 G 的取代，导致在高度保守的带负电荷的 10 个氨基酸片段内，密码子 565（Q565E）处谷氨酰胺到谷氨酸的取代。

玛雅等人（2004）报告了他们之前描述的亲属的扩展（Mayan et al., 2002），其中包含 34 名受试者，其中 18 名受到 Q565E 突变的影响。13 名受影响受试者在 31 +/- 12 岁时被诊断出患有高血压。其中 5 名受影响或必然受影响的受试者患有中风，其中 4 名年龄在 50 至 62 岁之间。7 名受试者在 27 年前被诊断出患有 FHH。所有 4 名诊断时血压正常的受试者在随访中均变为高血压。检测到高钾血症和出现高血压之间的平均时间为 13 年。在大家族中，与未受影响的受试者相比，受影响的受试者有高钾血症、低管内钾梯度、高氯血症、低碳酸氢盐、较高的醛固酮和明显的肾素抑制。受影响和未受影响受试者的尿钙水平分别为 0.85 +/- 0.27 和 0.28 +/- 0.12 mmol/mmol 肌酐。高钙尿症伴有血清钙水平降低，支持肾钙渗漏机制。6 名目前血压正常的受影响受试者与受影响的高血压受试者具有相同程度的高钾血症、高钙尿症和低肾素。作者得出的结论是，在患有 WNK4 突变的 FHH 中，随着时间的推移，所有受影响的受试者显然都会患上高血压。和低肾素作为受影响的高血压受试者。作者得出的结论是，在患有 WNK4 突变的 FHH 中，随着时间的推移，所有受影响的受试者显然都会患上高血压。和低肾素作为受影响的高血压受试者。作者得出的结论是，在患有 WNK4 突变的 FHH 中，随着时间的推移，所有受影响的受试者显然都会患上高血压。

.0002 假性醛固酮增多症，IIB 型
WNK4，GLU562LYS
在 IIB 型假性醛固酮增多症（PHA2B；614491）家族中，Wilson 等人（2001）鉴定出 WNK4 基因中的单个碱基对取代，导致高度保守的带负电荷的 10 个氨基酸片段内密码子 562（E562K）处的谷氨酸被赖氨酸取代。

.0003 假性醛固酮增多症，IIB 型
WNK4，ASP564ALA
在 IIB 型假性醛固酮增多症（PHA2B；614491）家族中，Wilson 等人（2001）鉴定了 WNK4 基因中的单个碱基对取代，导致在高度保守的带负电荷的 10 个氨基酸片段内，密码子 564（D564A）处天冬氨酸被丙氨酸取代。

.0004 假性醛固酮增多症，IIB 型
WNK4，ARG1185CYS
在 IIB 型假性醛固酮增多症（PHA2B；614491）家族中，Wilson 等人（2001）在 WNK4 基因的密码子 1185（R1185C）处发现了 arg 到 cys 的取代，该密码子位于第二个假定的线圈结构域的远端。Arginine-1185 在 WNK 家族成员中是保守的。