췌장 관세포 중탄산염 분비에서 칼슘신호의 역할

Abstract

[한글]

췌장 관세포는 100～140 mM 정도의 중탄산염 (HCO3-)을 포함하는 췌액을 분비한다. 췌액에 고농도로 존재하는 중탄산염은 강산인 위액을 중화시켜 십이지장이 손상되는 것을 막아준다. 그리고 췌장에서 분비되는 여러 소화효소와 mucin 등의 단백이 췌액에 잘 녹을 수 있는 환경을 제공해서 mucin plugging에 의해 췌장관이 막히는 것을 방지하며, 소화효소 활성화에 의한 췌장관 손상을 막는 기능을 한다.

췌액 분비는 췌장의 5%를 차지하는 췌장 관세포에 의해 이루어지며, 중탄산염의 분비에 중요한 역할을 하고 있는 이온수송단백은 췌장 관세포 내강막에 다량 존재하는 cystic fibrosis transmembrane

conductance regulator (CFTR)와 Cl-/HCO3- exchanger (anion exchanger, AE)이다. 췌장 관세포에서 이들 이온수송단백을 통한 중탄산염 분비에 대표적인 신호는 세포내 cAMP 신호와 칼슘신호이다. 최근 cAMP 신호에 의하여 CFTR과 AE가 활성화됨이 알려졌고 이것이 cAMP 증가에 의한 중탄산염 분비의 주된 분자생물학적 기전임이 규명되었다. 그러나 칼슘신호에 의한 중탄산염 분비 기전에 대해서는 아직 알려진 바가 없다. 따라서 본 연구에서는 CFTR 및 AE가 칼슘신호에 의하여 어떻게 조절되고, 이것이 중탄산염 분비에 어떠한 역할을 하는지 규명하고자 하였다.

본 실험에서는 Wild type CFTR을 발현하는 CAPAN-1 세포주와 손상된 (ΔF508) CFTR을 발현하는 CFPAC-1 췌장 관세포주를 사용하였다. 이들 세포주는 퓨린성 수용체 (purinergic receptor, P2R)와 protease-activated receptor 2 (PAR2)를 발현하며, P2R과 PAR2의 활성화는 세포내 칼슘 농도를 증가 시켰다. 고농도 (120mM) Cl-를 포함하는 관류액을 흘려주다 Cl-가 없는 관류액으로 바꾸어 주면, AE를 통한 HCO3- 증가로 세포내 pH가 증가하는데, 이 때 pH 증가율로 Cl-/HCO3- 교환 활성 정도를 측정하였다. 그리고 전기적 중성 이동인 Cl-/HCO3- 교환을 선택적으로 측정하기 위하여 100mM K+을 함유하는 관류액을 이용하였다. Wild type CFTR을 발현하는 CAPAN-1 세포에서 PAR2 및 P2R의 활성화는 Cl-/HCO3- 교환을 크게 증가시켰지만, 손상된 CFTR을 발현하는 CFPAC-1 세포에서는 칼슘신호에 의한 Cl-/HCO3- 교환 변동은 없었다. 그러나 손상된 CFTR을 발현하는 CFPAC-1 세포에 adenoviral vector를 이용해 Wild type CFTR을 발현시킨 결과 P2R 및 PAR2 활성에 의하여 Cl-/HCO3- 교환이 크게 증가하였다. 그리고 AE 아형 중 칼슘에 의하여 활성화 되는 아형이 있는지 살펴보기 위해서 내재적인 CFTR이 없는 HEK-293 세포주에 각 AE 아형을 발현시켰다. 그 결과 AE4와 Pendrin 그리고 SLC26A6 에서 칼슘에 의한 Cl-/HCO3- 교환 증가를 관찰할 수 있었다.

이상의 결과를 종합하여 볼 때 췌장 관세포에서 CFTR 의존적으로 칼슘신호가 Cl-/HCO3- 교환을 증가시키는 것을 알 수 있었으며, 이 기전은 췌장 관세포 뿐만 아니라 다른 여러 상피세포에서 칼슘신호에 의한 중탄산염 분비에 있어서도 중요한 분자생물학적 기전으로 작용할 것이라 생각한다.

[영문]

Pancreatic duct cells secrete bicarbonate-rich fluids, which are important for maintaining the patency of pancreatic ductal trees as well as the intestinal digestive function. The bulk of bicarbonate secretion in the luminal membrane of duct cells is mediated by a Cl--dependent mechanism (Cl-/HCO3- exchange). In the present study, we provide comprehensive evidence that

calcium signaling also activates the same CFTR- and Cl--dependent HCO3- transport. ATP and trypsin evoked intracellular calcium signaling in pancreatic duct-derived cells through the activation

of purinergic and protease-activated receptors, respectively. Cl-/HCO3- exchange activity was measured by recording pHi in response to [Cl-]o changes of the perfusate. In perfusate containing high concentrations of K+, which blocks Cl- movement through electrogenic or K+-coupled pathways, ATP and trypsin highly stimulated luminal Cl-/HCO3- exchange activity in CAPAN-1 cells expressing wild type (WT)-CFTR, but not in CFPAC-1 cells which have defective (ΔF508) CFTR. Notably, adenoviral

transfection of WT-CFTR in CFPAC-1 cells completely restored the stimulatory effect of ATP on luminal Cl-/HCO3- exchange. In addition, the chelation of intracellular calcium by BAPTA treatment abolished the effect of calcium agonists on luminal Cl-/HCO3- exchange. Among known anion exchanger, AE1～4, pendrin and SLC26A6 were expressed in pnacreatic duct cells. Cl-/HCO3-

exchange activities of SLC26 family were activated either by ATP or trypsin treatment. However, none of SLC4 family except AE4 were activated by calcium. These results provide a molecular basis for calcium- induced bicarbonate secretion in pancreatic duct cells and highlight the importance of CFTR in epithelial bicarbonate secretion induced by various stimuli.