SERCA2+/- 생쥐의 이하선세포에서 칼슘신호전달의 적응과 칼슘에 의존적인 Amylase 분비의 변화

Abstract

[한글]

이하선에서의 타액분비는 선세포내 칼슘 농도의 변화에 의해서 조절되는데 G-단백과 연계된 수용체 활성화가 칼슘 농도를 증가시킨다. 활성화된 G-단백은 세포내 1, 4, 5-trisinositol phosphate (IP3) 농도를 증가시켜 소포체 칼슘채널인 IP3 수용체로부터 칼슘을 유리시키며, 증가된 세포내 칼슘이온은 소포체 칼슘 펌프 (SERCA; sarco/endoplasmic recticulum Ca2+-ATPase)와 세포막 칼슘펌프 (PMCA; plasma membrane Ca2+-ATPase)에 의해 제거된다. 칼슘 제거에 중요한 역할을 하는 SERCA2b형은 이하선 세포를 포함한 거의 모든 세포에 존재하며, 현재까지 SERCA2 이형접합자 (SERCA2+/-) 생쥐의 췌장선을 포함한 몇 몇 조직에서 SERCA2 발현저하에 따른 칼슘 신호전달계의 변동과 적응성이 보고된 바 있다. 그런데 SERCA2+/- 생쥐의 이하선 세포에서도 칼슘 신호전달과 관련 단백들이 변동될 가능성이 있음에도 불구하고 연구된 바 없어, 본 연구에서는 이하선세포에서 SERCA2의 발현저하가 칼슘 신호전달과 이와 연관된 단백의 발현, 그리고 타액분비에 대해 어떤 영향을 미치는 지 알아보고자 하였다.대조군과 SERCA2+/- 생쥐의 이하선 세포에서 동일한 자극에 의한 칼슘 증가량, 외부로부터의 칼슘 유입량, 그리고 소포체내에 저장되어 있는 칼슘 양에는 차이가 없어, 칼슘 신호전달계는 변동이 없음을 확인하였다. 그러나 SERCA2+/- 생쥐에서 IP3 수용체 제 1아형과 IP3 수용체 제 3아형의 발현이 증가하였고, IP3 수용체 제 2아형은 감소하였으며, PMCA의 발현이 증가하였다. IP3 수용체들의 발현 변화와는 달리 IP3 수용체의 민감도와 IP3 수용체의 위치 고정에는 변동이없었으며, 다만 PMCA의 활성도는 증가하였다. 타액 용액의 분비는 양 세포에서 차이가 없었으나, 칼슘에 의존적인 아밀라제 단백의 분비가 SERCA2+/-에서 더 민감하였다. SERCA2+/-에서 칼슘센서인 synaptotagmin 4의 mRNA 발현량이 감소하였음에도 불구하고, 모든 아형의 synaptotagmin 단백 발현이 증가하였다. 또한 유전자 발현에 영향을 줄 수 있는 p38 MAPK의 활성화된 형태인 인산화 p38의 발현이 SERCA2+/-에서 감소하였다. 이상의 결과, SERCA2+/- 생쥐의 이하선 세포에서 칼슘 신호전달 관련 단백인 IP3 수용체, PMCA의 발현이 변동하였고, 칼슘 의존성 synaptotagmin의 발현 증가로 인하여 아밀라제의 분비가 증가한 것으로 판단된다. 따라서 SERCA2의 발현감소는 칼슘 신호전달에 관련된 단백들의 자체 발현과 활성도에 영향을 주었으나, 칼슘 신호전달계는 SERCA2 감소를 PMCA 발현량과 활성 증가에 의해서 상쇄시키는 적응현상을 보였다고 판단된다.

[영문]Salivary fluid secretion is evoked by increase of intracellular concentration of Ca2+ ([Ca2+]i) following activation of G-protein coupled receptors (GPCRs) in parotid gland acinar cells. GPCRs stimulate phospholipase Cβ to hydrolyze phosphatidylinositol 4, 5-bisphosphate and release 1, 4, 5-trisinositol phosphate (IP3) to cytosol, which induces the release of Ca2+ from IP3 receptors in endoplasmic reticulum (ER). Increased [Ca2+]i are removed from cytosol by sarco/endoplasmic recticulum Ca2+-ATPase (SERCA) and plasma membrane Ca2+-ATPase (PMCA). SERCA2b, one of the isotypes of SERCA, exists in the all cell types including parotid acinar cells. The previous studies reported the alteration of Ca2+ signaling and the adaptation of Ca2+ signaling in other tissues including pancreas from SERCA2 heterozygote mice (SERCA2+/-). Therefore, it is possible that the Ca2+ signaling and protein expression levels in SERCA2+/- parotid acinar cells maybe changed. However, it has not been reported in SERCA2+/- mice parotid acinar cells. In the present work, we investigated the Ca2+ signaling, expression levels of Ca2+ signaling proteins, and salivary secretions in SERCA2+/- mice parotid acinar cells.Ca2+ release from ER, Ca2+ influx from external, and Ca2+ER showed similar pattern between parotid acinar cells from SERCA2+/- and WT mice. However, Western blotting results showed that IP3R1, IP3R3 and PMCA were higher expressed in SERCA2+/- and IP3R2 expression was higher than WT. The localizations and activity of IP3Rs in parotid acinar cells were not affected by the deletion of SERCA2 gene. Functional study showed decreased activity of SERCA, identical activity of IP3Rs, and up-reguation of PMCA in SERCA2+/-. Whereas the fluid secretion was not altered in SERCA2+/-, amylase release by the same concentration of muscarinic stimulation showed more sensitive in SERCA2+/- parotid acinar cells. Although synaptotagmin-4 mRNA expression level in WT was higher than that in SERCA2+/-, protein level of synaptotagmin was much higher in SERCA2+/- mice. In addition, the expression level of phospho-p38 MAPK was decreased in SERCA2+/- parotid acinar cells.Depending on the results, although the decrease of SERCA2 in parotid acinar cells affected to the expression levels and activities of Ca2+ signaling proteins, the Ca2+ signaling was adapted to be counter-balanced by the increase of PMCA expression level and activity in SERCA2+/- parotid acinar cells.