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저칼륨혈증 흰쥐 신장에서 Aquaporin mRNA와 단백 발현의 변화

Alterations of Aquaporin mRNA and Protein Expression in Hypokalemic Rat Kidney

대한해부학회지 2009년 42권 1호 p.31 ~ 39
김대성 ( Kim Dae-Sung ) - 전남대학교 의과대학 해부학교실

이창배 ( Lee Chang-Bae ) - 전남대학교 의과대학 해부학교실
배춘상 ( Bae Choon-Sang ) - 전남대학교 의과대학 해부학교실
김백윤 ( Kim Baik-Yoon ) - 전남대학교 의과대학 해부학교실
박성식 ( Park Sung-Sik ) - 전남대학교 의과대학 해부학교실
안규윤 ( Ahn Kyu-Youn ) - 전남대학교 의과대학 해부학교실

Abstract

본 연구는 칼륨제한 식이 기간에 따른 흰쥐 신장 내 AQP-1, 2, 3 및 4의 발현 및 분포변화를 RT-PCR, Western 분석과 면역조직화학 방법으로 관찰하였다. RT-PCR 분석 소견에서 AQP-1 mRNA는 예견된 크기인 199 bp 근처에서 관찰되었고 칼륨제한 식이 군에서 정상 식 이 군에 비해 감소하였다. Western 분석 소견에서 AQP-1 단백은 칼륨제한 식이 3일 군에서만 정상 식이 군에 비해 감소하였고 그 이후에는 유사하였다. AQP-2, 3 mRNA는 RT-PCR 분석 소견에서 예견된 크기인 822 bp, 539 bp 근처 에서 관찰되었으며 정상 식이 군에 비해 칼륨제한 식이 군 에서 뚜렷한 감소 경향을 나타냈었다. Western 분석 소견에 서도 AQP-2, 3의 단백발현은 칼륨제한 식이 군에서 정상 식이 군에 비해 크게 감소하는 것으로 나타났다. AQP-4 mRNA는 RT-PCR 분석 소견에서 예견된 크기인 624 bp 근 처에서 관찰되었으며 다른 AQP과는 달리 정상 식이 군에 비해 칼륨제한 식이가 진행될수록 증가하는 양상을 보였 다. Western 분석 소견에서도 AQP-4 단백은 발현양이 극히 낮았지만 칼륨제한 식이가 진행될수록 증가하는 경향이였 다. 면역조직화학 소견상 AQP-1의 면역반응성은 토리쪽세 관과 Henle 고리 내림부분의 첨부세포막에서 관찰되었다. 칼륨제한 식이 군의 AQP-1의 발현부위는 변화가 없었으나 발현 정도는 약간 감소하였다. AQP-2, 3의 면역반응성은 전 집합관에서 관찰되었다. 칼륨제한 식이 군의 AQP-2, 3 의 발현부위는 변화가 없었으나 발현 정도는 현저히 감소 하였다. AQP-4의 면역반응성은 전 집합관에서 발현되었다. 칼륨제한 식이 군의 AQP-4의 발현부위는 변화가 없었으나 발현 정도는 바깥속질집합관과 속속질 집합관에서 현저히 증가하였다. 이상의 결과로 저칼륨혈증시 신장 AQP-1, 2, 3, 4 mRNA 와 단백발현 양상은 상호간에 차이를 나타내며, 요농축능의 감소는 AQP-2, 3에 의해 주로 일어나나 AQP-4가 발현의 증가로 보상적 기능을 할 것으로 생각되었다.

There has been a general agreement that potassium depletion causes metabolic alkalosis and substantial morphological changes in kidney structure, and is associated with renal functional abnormalities, including a decrease in urinary concentrating ability. The present study was to examine the alterations of expression and distribution of AQP-1, 2, 3 and 4 mRNAs and proteins in the kidneys of normal and K-depleted rats using RT-PCR, Western blot analysis, and immunohistochemistry. Predicted size of AQP-1, 2, 3, and 4 mRNAs was 119, 822, 539, and 642 bp, respectively. AQP-1 mRNA expression was gradually decreased in K-depleted rats, particularly LK 2W. AQP-2, 3 mRNAs were markedly decreased in K-depleted rats. AQP-4 mRNA expression was markedly increased in K-depleted rats, particularly LK 2W. Western blot analysis demonstrated that AQP-1 protein expression was only decreased in LK 3D and others were comparable with normal rat. AQP-2, 3 proteins expression was markedly decreased in K-depleted rats, compared with normal rat. But, AQP-4 protein expression was markedly increased in K-depleted rats, particularly LK 3W. In immunohistochemistry, AQP-1 was detected in the apical membranes of proximal tubules and thin limb of Henle loop. In potassium-depleted kidney, the pattern of cellular labeling and signal intensity of AQP-1 protein is identical to that of normal rat. AQP-2 was detected in apical region and cytoplasm of the principal cells of entire collecting duct. In potassium-depleted kidney, the pattern of cellular labeling of AQP-2 protein is identical to that of normal rat, but signal intensity is markedly decreased. AQP-3 was detected in the bosolateral plasma membrane of principal cells of entire collecting duct. In potassium-depleted kidney, the pattern of cellular labeling of AQP-3 protein is identical to that of normal rat, but signal intensity is markedly decreased. AQP-4 was detected in the bosolateral plasma membrane ofprincipal cells of entire collecting duct. In potassium-depleted kidney, the pattern of cellular labeling of AQP-4 protein is identical to that of normal rat, but signal intensity is markedly increased in outer and inner medullary collecting ducts. In summary, these results demonstrate that chronic hypokalemia shows the different expression pattern of AQP-1, 2, 3, and 4 mRNAs and proteins. These results suggest that a decrease in urinary concentrating ability is a major factor in the decreased AQP-2, 3 expression, and that is partly compensated by increased expression of AQP-4.

키워드

저칼륨혈증;요농축능력;수분통로단백;면역 조직화학
Chronic hypokalemia;Urinary concentrating ability;Aquaporins;Immunohistochemistry
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