이자 외분비선에 존재하는 Na+/H+ exchanger의 아형과 그 역할

Abstract

[한글]

신진대사중인 세포의 내부에 생기게 되는 과도한 H**+ 이온을 제거하는 데 가장 효과적인 방법은 세포외부의 높은 Na**+ 이온 농도를 이용하는 기전으로 이작용은 Na**+ /H**+ exchanger (NHE)라고 알려진 세포막 단백에 의하여 이루어지며 현재 6 종류의 아형이 사람에서 알려져 있다. 이자 관세포의 경우 측저막(basolateral membrane)에 존재하리라고 추정되는 NHE는 세포의 pH가 낮아지는 것을 방지함으로써 이자 관세포의 고유기능인 HCO^^3**-의 내강분비에 도움을 주지만 내강막 (luminal membrane)에는 NHE가 존재할 경우 오히려 이자액과 HCO^^3**- 분비에 방해가 되므로 그 작용이 필요 없는 것으로 생각하여 왔다. 본 연구에서는 위장관계에 존재하는 주요한 외분비 기관인 이자의 NHE에 대하여 분자생물학적, 면역학적 및 기능적 연구를 통하여 그 아형을 확인하고 특히 이자 관세포의 주된 기능인 HCO^^3**- 이온 분비에 내강막 및 측저막에 존재하는 NHE가 어떤 역할을 하는 지 규명하고자 하였다.

내강관류 주이자관 세포의 pH^^i를 재는 실험을 통하여 이자 관세포의 측저막과 내강막 모두에 NHE 기능이 존재하는 것을 확인하였다. 아형 특이적인 primer로 RT-PCR을 한 결과 이자 관세포에는 NHEI, NHE2, 및 NHE3 아형의 mRNA가 이자 관세포에 존재함을 알 수 있었다. 한편, NHE 아형 특이적인 항체를 이용한 면역형광염색에서 NHEI 아형은 이자 관세포의 측저막에, 그리고NHE2 및 NHE3 아형은 내강막에 강하게 염색되었다 NHE2 혹은 NHE3 아형이 없는 NHE2 및 NHE3 knock-out 생쥐를 이용한 실험에서도 이자 관세포 내강막에서 NHE의 활성을 관찰할 수 있었다. 세포내 cAMP를 증가시키는forskolin을 투여하여 이자 관세포를 자극하면 내강막 NHE의 기능은 약 40% 정도 감소하였다. 결론적으로 이자 관세포의 측저막과 내강막에는 각각 서로 다른 아형의 NHE가 존재하며, 측저막에 존재하는 NHEI은 세포의 산성화를 방지함으로써 HCO^^3**-의 내강 분비에 도움을 주는 것으로 생각된다. 또한 내강막에 존재하는 NHE 아형은 평소 내강으로 유출되는 Na**+ 를 재 흡수함으로써 이자액의 기초 분비량을 낮게 유지하는 데 기여하고, 음식물 섭취에 의한 secretin 자극 시는 그 기능이 감소함으로써 이자액 분비에 도움을 주는 것으로 생각된다

[영문]

Elimination of intracellular H**+ in exchange for external Na**+ is the most effective means of removing excess acid from actively metabolizing cells. To date six Na**+ /H**+ exchanger isoforms (NHEI-NHE6) have been identified inhuman. It has been suggested that in pancreatic ducts the basolateral membrane NHE facilitates

bicarbonate secretion by preventing the intracellular acidification. The present study aimed to clarify the NHE isoforms in the main pancreatic duct and their roles especially in the luminal membrane. Isotope-specific reverse-transcription

polymerase chain reaction(RT-PCR), immunolocalization and microfluorometry were used to identify and localize the NHE isoforms in the mouse main pancreatic ducts.

Measurements of intracellular pH of the ducts revealed that both basolateral and luminal membranes have NHE activities. The molecular and inlmunolocalization studies showed that the duct cells have NHEI, NHE2 and NHE3 mRNA and NHE1 is expressed in the basolateral membrane and NHE2 and NHE3 are expressed in the luminal membrane. Both NHE2-/- and NHE3-/- mice also showed luminal exchanger activities suggesting both isoforms are active in the luminal membrane.

Surprisingly, luminal exchange activities were decreased by stimulation of duct cells with 5μM forskolin, an adenylyl cyclase activator. Hence, it is concluded that NHEI expressed in basolateral membrane has a Possible role in bicarbonate secretion and more importantly the luminal exchangers are in charge of a low pancreatic secretion in the basal state. When duct cells are stimulated by secretin (e.g.food ingestion) the luminal exchanger activities are down-regulated to facilitate the fluid and bicarbonate secretion.