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정상 및 무칼륨 식이 백서 신장에서 Na⁺-K⁺-ATPase Subunit Isoform mRNA 발현에 관한 연구
안규윤(Kyu Youn Ahn),김석채(Sug Chae Kim),문 범(Bum Moon),김경근(Kyung Keun Kim),김백윤(Baik Yoon Kim) 대한해부학회 1998 Anatomy & Cell Biology Vol.31 No.3
저칼륨혈증은 여러 조직에서 Na+-K+-ATPase 유전자 발현의 정도를 변화시키며 또한 신장의 속질바깥층집합세관에서는 Na+-K+-ATPase 활성과 α1과 β1 subunit 단백을 증가시키지만 겉질집합세관에서는 유의한 변화가 없다는 것은 잘 알려져 있다. 그러나 집합세관을 위시한 다른 콩팥단위 부위에서의 Na+-K+-ATPase subunit isoform들의 적응반응에 관한 연구는 없는 실정이다. 이에 저자들은 정상 및 무칼륨 식이 백서 신장에서 Na+-K+-ATPase subunit isoform mRNA 발현의 상대적인 양과 분포를 구명하기 위해 Northern 분석과 in situ hybridization 조직화학을 실시하였다. Northern 분석 결과, 대조군의 Na+-K+-ATPase subunit isoform mRNA들은 속질바깥층, 겉질 및 속질속층 순으로 발현되었 으나 실험군에서는 속질바깥층, 속질속층 및 겉질 순으로 발현되었다. α1 mRNA 양은 α2, α3 보다 훨씬 많았고, 각 isoform에 대한 mRNA의 양은 속질속층에서 대조군 보다 실험군에서 2~3배 이상 증가하였으나 겉질과 속질바깥층에서는 두 군간에 유의한 차이가 없었다. In situ hybridization 조직화학 결과에서 각 isoform에 대한 mRNA의 분포는 대조군의 토리쪽세관의 S3 부위, 겉질상행후각, 속질상행후각, 먼쪽곱슬세관 및 전 집합세관에서 관찰되었다. 실험군 백서에서 α1, α3 및 β1 isoform의 반응정도는 속질상행후각, 겉질상행후각, 먼쪽곱슬세관 및 겉질집합세관에서 감소하였으나 속질바깥층집합세관 내층 상부와 속질속층집합세관 상부에서는 현저히 증가하였다. α2 isoform은 속질상행후각에서는 감소하였으나 겉질상행후각, 먼쪽곱슬세관 및 겉질집합세관에서 약간 증가하였고 속질바깥층집합세관 내층 상부와 속질속층집합세관 상부에서는 현저히 증가하였다. 이상의 소견으로 저칼륨혈증에 의해 Na+-K+-ATPase subunit isoform 유전자들의 발현은 속질바깥층집합세관 내층 상부와 속질속층집합세관 상부에서 증가되며, 이들 부위에서 유전자들이 K 이온 보존에 관여하고 있음을 암시해 준다. Chronic hypokalemia alters Na+-K+-ATPase gene expression in several tissues. While it is established that Na+- K+-ATPase activity and α1 and β1 subunit protein levels increase during K depletion in the outer medullary collecting duct (OMCD) and do not significantly change in the cortical collecting duct (CCD), little is known about the adaptive responses of the other isoforms in these other nephron segments. Accordingly, this study was performed to characterize the relative levels of expression and cellular distribution of mRNAs encoding the Na+-K+-ATPase subunit isoforms in normal and K-deprived (2 weeks) rats using the Northern analysis and in situ hybridization (ISH). Isoform specific 32Plabeled cDNA (for Northerns) or digoxigenin labeled cRNA (for ISH) probes were used. In normal rats, the order of expression amounts of all isoforms mRNAs from highest was outer medulla > cortex > inner medulla , and that of K-deprived rats was outer medulla > inner medulla > cortex. α1 mRNA levels were much greater than those of α2 or α3 in cortex, outer and inner medulla. mRNA levels for all isoforms were 2~3 folds greater in inner medulla of K-deprived rats compared to controls. In contrasts, the levels of all isoforms mRNAs in cortex and outer medulla were comparable between the two gruops. By ISH, mRNAs for all isoforms were observed in the S3 segment of proximal tubule, the cortical thick ascending limb (CTAL), medullary thick ascending limb (MTAL), distal convoluted tubule (DCT), connecting tuble (CNT), and the entire collecting duct. Both groups exhibited comparable cellular patterns of labeling, but the signal intensity of K-deprived rats was much greater in the proximal portion of the inner stripe of outer medullary collecting duct (OMCDi) and proximal portion of the inner medullary collecting duct (IMCD), and less in the MTAL compared to controls. The signal intensity of α1, α3, and β1 isoforms was less in the CTAL, DCT, and CCD of K-deprived rats, but α2 isoform was slightly increased. These results suggest that chronic hypokalemia enhances expression of Na+-K+-ATPase subunit isoforms in the proximal portion of OMCDi and proximal IMCD, but not other nephron segments, and that these isoforms may participate in potassium conservation by these segments during potassium deprivation.
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