In silico and in vitro analysis of cation-activated potassium channels in human corneal endothelial cells.

Abstract

The corneal endothelium is the inner cell monolayer involved in the maintenance of corneal transparence by the generation of homeostatic dehydration. The glycosaminoglycans of the corneal stroma develop a continuous swelling pressure that should be counteracted by the corneal endothelial cells through active transport mechanisms to move the water to the anterior chamber. Protein transporters for sodium (Na⁺), potassium (K⁺), chloride (Cl⁻) and bicarbonate (HCO₃⁻) are involved in this endothelial “pump function”, however despite its physiological importance, the efflux mechanism is not completely understood. There is experimental evidence describing transendothelial diffusion of water in the absence of osmotic gradients. Therefore, it is important to get a deeper understanding of alternative models that drive the fluid transport across the endothelium such as the electrochemical gradients. Three transcriptomic datasets of the corneal endothelium were used in this study to analyze the expression of genes that encode proteins that participate in the transport and the reestablishment of the membrane potential across the semipermeable endothelium. Subsequently, the expression of the identified channels was validated in vitro both at mRNA and protein levels. The results of this study provide the first evidence of the expression of KCNN2, KCNN3 and KCNT2 genes in the corneal endothelium. Differences among the level of expression of KCNN2, KCNT2 and KCNN4 genes were found in a differentially expressed gene analysis of the dataset. Taken together these results underscore the potential importance of the ionic channels in the pathophysiology of corneal diseases. Moreover, we elucidate novel mechanisms that might be involved in the pivotal dehydrating function of the endothelium and in others physiologic functions of these cells using in silico pathways analysis.

Título en español

Análisis in silico e in vitro de canales de potasio activados por cationes en células del endotelio corneal humano

Resumen 

El endotelio corneal es la monocapa celular interna involucrada en elmantenimiento de la transparencia corneal mediante la deshidrataciónhomeostática. Los glicosaminoglicanos del estroma corneal producen una presión continuaque debe ser contrarrestada por las células del endotelio corneal a través demecanismos de transporte activo para mover el agua hacia la cámara anterior. Lasproteínas transportadoras de sodio (Na +), potasio (K +), cloruro (Cl−) ybicarbonato (HCO3−) están involucrados en esta "función de bomba" delendotelio, sin embargo, a pesar de su importancia fisiológica, el mecanismo de eflujoaún no se comprende completamente. Existe evidencia experimental que describela difusión transendotelial de agua en ausencia de gradientes osmóticos. Por lotanto, es importante lograr una comprensión más profunda de los modelosalternativos que impulsan el transporte de fluidos a través del endotelio, talescomo los gradientes electroquímicos. En este estudio se utilizaron tresconjuntos de datos transcriptómicos del endotelio corneal para analizar laexpresión de genes que codifican proteínas que participan en el transporte y elrestablecimiento del potencial de membrana a través del endoteliosemipermeable. Posteriormente, la expresión de los canales identificados sevalidó in vitro tanto a nivel de ARNm como de proteína. Los resultados de esteestudio proporcionan la primera evidencia de la expresión de los genes KCNN2,KCNN3 y KCNT2 en el endotelio corneal. El análisis de los genes expresados ​​diferencialmentemostró diferencias en el nivel de expresión de los genes KCNN2, KCNT2 y KCNN4.Estos resultados subrayan la potencial importancia de los canales iónicos en lafisiopatología de las enfermedades de la córnea. Adicionalmente, nosotros dilucidamosmecanismos novedosos que podrían estar involucrados en la función de deshidratacióndel endotelio y en otras funciones fisiológicas de estas células utilizandoanálisis de vías in silico.