La regulación fisiológica del potasio (K+), el catión más abundante en el cuerpo, mantiene su homeostasis a través de su gradiente electroquímico en las células: concentraciones altas de K+ en el citosol y bajas en el plasma. El gradiente de K+ es fundamental en la excitabilidad neuronal y muscular y también para la secreción de K+ en los epitelios. En el hombre el consumo de K+ es esporádico y como no puede excretarse rápidamente, la homeostasis a corto plazo del K+ ocurre por medio de su recaptura en el músculo. La homeostasis de K+ a largo plazo se lleva a cabo por su excreción en el riñón. Los cambios en la ingestión de K+ inmediatamente se manifiestan en su excreción urinaria. La nefrona es la unidad funcional del riñón y consta de varios segmentos tubulares con propiedades de transporte específicas. El aumento en la concentración plasmática de K+ (hiperpotasemia), estimula la permeabilidad al Na+ (absorción por los canales de sodio tipo ENaC) y la del K+ (secreción por los canales de K+ , ROMK, maxi-K y Kv1.3) en la membrana apical de los túbulos distales. En contraparte, la falta de K+ (hipopotasemia) induce una disminución de la secreción de K+ en los túbulos colectores corticales, como consecuencia de la disminución de la actividad de la ATPasa de Na+/K+ de la membrana basolateral, y por una disminución en la permeabilidad al K+ de la membrana apical. La absorción de sodio (Na+) esta acoplada a la secreción de K+. En hiperpotasemia la absorción de Na+ disminuye en el túbulo proximal, mientras que en condiciones de hipopotasemia, la absorción de Na+ aumenta en este segmento tubular.
Los canales secretores de K+ hasta ahora identificados en el riñón son el ROMK, el Maxi-K y el Kv1.3. En nuestro laboratorio hemos identificado varios canales de potasio dependientes de voltaje Kv1 en la médula (Escobar y col, 2004) y Kv11 (ERG) en la corteza renal (Carrisoza y col. 2009). Recientemente publicamos que el canal Kv1.3 es un canal secretor de K+ en dietas con alto K+ (Carrisoza y col. 2010). El canal Kv1.3 se localiza en las células intercaladas secretoras de ácido. En el síndrome renal llamado "Acidosis Tubular Renal" (ATR) los pacientes cursan con hipopotasemia pero aun se desconoce el mecanismo. En este proyecto estudiaremos la regulación de la expresión y tráfico del canal Kv1.3 en acidosis metabólica.
Por otra parte, también hemos identificado a la familia de los canales catiónicos activados por la hiperpolarización y por AMPc (HCN) en el riñón de la rata. Publicamos un hallazgo sobresaliente: el canal HCN2 participa en el transporte transepitelial del ión amonio en las células intercaladas secretoras de ácido (Carrisoza-Gaytan y col.2011). Los subtipos HCN1 y HCN3 los identificamos en el túbulo proximal, donde se reabsorbe cerca del 70% de la carga de Na+ en la nefrona. Recientemente encontramos en la corteza renal que una dieta alta en K+ (10% wt/wt/; AK) disminuye la expresión del HCN3, en tanto que una dieta sin K+ (SK), tiene el efecto opuesto (datos no publicados). Estos resultados sugieren que el canal HCN3 participa en la reabsorción de Na+ en el túbulo proximal (TP). Hay varios transportadores en el TP cuya actividad depende del voltaje de la membrana, por lo que es probable que los canales de sodio HCN1/HCN3 participen además en el transporte electrogénico de solutos en este segmento tubular.
Este proyecto contribuye en dos aspectos a la fisiología renal:la identificación de una nueva vía de captación de sodio en el túbulo proximal, y el mecanismo responsable de la hipopotasemia en acidosis metabólica crónica.

Nuestro laboratorio es pionero en la identificación de nuevas rutas moleculares de transporte de sodio, potasio y amonio en el riñón. Publicamos recientemente una vía de transporte de amonio en la nefrona distal que participa en su excreción urinaria: el canal activado por la hiperpolarización y nucleótidos cíclicos HCN2. Ahora queremos realizar la caracterización funcional de los canales de sodio HCN1 y HCN3 en el túbulo proximal, segmento tubular donde se lleva a cabo la reabsorción máxima de sodio, potasio, bicarbonato, fosfatos, glucosa, aminoácidos y de otros solutos orgánicos.
Los canales HCN participan en la regulación del potencial de membrana y se activan a voltajes hiperpolarizantes. Sabemos que la expresión del canal HCN3 se regula por la dieta de K (datos no publicados), lo cual sugiere que es una vía de absorción de Na+ en el túbulo proximal. En este proyecto continuaremos el estudio de la expresión del canal HCN3, e iniciaremos el del canal HCN1, pero ahora en condiciones de dietas sin Na. También estudiaremos si los canales HCN están acoplados a la secreción de solutos dependiente del voltaje. Actualmente hay mucho interés en el estudio del transporte de glucosa y de fosfato en el túbulo proximal por su trascendencia en varias patologías como son la diabetes tipo 2 y el raquitismo hipofosfatémico.
Por otra parte, identificamos un nuevo canal secretor de K perteneciente a la familia Kv, el canal Kv1.3, en los túbulos colectores de la rata. Este hallazgo es muy importante ya que cuantificamos la secreción de K+ por el canal Kv1.3 y demostramos que la función del canal depende de una dieta rica en K+. El canal Kv1.3 se localiza en las células intercaladas secretoras de ácido. En la acidosis metabólica crónica se produce hipopotasemia; sin embargo, el mecanismo subyacente se desconoce. Es por ello que estudiaremos la expresión funcional de dos canales secretores de K en acidosis: el canal Kv1.3 y el canal ROMK. Actualmente colaboro con la Dra. Lisa Satlin del Hospital Mount Sinai en los estudios de microperfusión de túbulos. También desarrollo el primer estudio genético en mexicanos de la Acidosis Tubular Renal distal (ATRd) en colaboración con el grupo del Dr. Fernando Santos del Hospital Universitario Central de Asturias y con el Dr. Seth Alpern del Beth Israel Hospital.
Es un hecho que el número de pacientes con problemas renales va en aumento. Sin un buen tratamiento, el riñón deja de funcionar lo cual conlleva a la necesidad de los trasplantes (no siempre es factible) y/o a la diálisis (muy costosa). Es por ello que la identificación de nuevos blancos moleculares implicados en la absorción de Na+ y secreción de K+ en los epitelios renales resulta de gran interés en el campo.
La localización de los canales de potasio Kv y los canales catiónicos HCNs en segmentos específicos de los túbulos renales, sugieren su papel como canales de reabsorción de Na+ (HCN) en el túbulo proximal y secretores (K+) en los segmentos distales, en ciertas condiciones metabólicas. Por consiguiente, esperamos que los resultados de este proyecto tengan impacto en el área médica.