基底脊椎動物であるウミヤツメのエラにおけるNa-K-2Clコトランスポーターの機能解析と浸透調節機構の解明

Functional characterization and osmoregulatory role of the Na-K-2Cl cotransporter in the gill of sea lamprey (), a basal vertebrate.

• Ciaran A Shaughnessy
• Stephen D McCormick

抄録

本研究では、ウミヤツメのエラに存在するNa-K-2Clコトランスポーター(NKCC1/Slc12a2)の分子・機能解析を行った。本研究では、ウミヤツメのNa-K-Clコトランスポーター1（NKCC1）の完全長ペプチド配列を報告する。変態後の幼魚ウナギでは、多くの組織にmRNAが存在していたが、鰓では他の組織に比べて5倍高い値を示し、NKCC1のタンパク質は鰓でのみ検出された。鰓の mRNA と NKCC1 と Na-K-ATPase (NKA/Atp1a1) のタンパク質量は、塩分耐性の発達と同時期に淡水での変態後期に有意に増加（20～200 倍）し、海水に順応した後はさらに 2 倍に増加した。免疫組織化学的解析の結果、鰓のNKCC1はNKAを共発現する糸状電離細胞に存在していることが明らかになった。NKCC1 の薬理学的阻害剤として広く用いられているブメタニドで処理したウナギは、水中で 24 時間後に血漿中の Cl と浸透圧が上昇し、筋肉の水分量が減少したが、淡水に適応したウナギではブメタニドの影響はなかった。本研究は、ウナギの枝葉塩分分泌のメカニズムとしてのNKCC1の機能的特徴を初めて明らかにしたものであり、このようなCl分泌様式が脊椎動物の間で約5億5千万年前から存在していたことを証明するものである。

The present study provides molecular and functional characterization of Na-K-2Cl cotransporter (NKCC1/Slc12a2) in the gills of sea lamprey (), the most basal extant vertebrate with an osmoregulatory strategy. We report the full-length peptide sequence for the lamprey Na-K-Cl cotransporter 1 (NKCC1), which we show groups strongly with and occupies a basal position among other vertebrate NKCC1 sequences. In postmetamorphic juvenile lamprey, mRNA was present in many tissues but was fivefold higher in the gill than any other examined tissue, and NKCC1 protein was only detected in the gill. Gill mRNA and protein abundances of NKCC1 and Na-K-ATPase (NKA/Atp1a1) were significantly upregulated (20- to 200-fold) during late metamorphosis in fresh water, coinciding with the development of salinity tolerance, and were upregulated an additional twofold after acclimation to seawater (SW). Immunohistochemistry revealed that NKCC1 in the gill is found in filamental ionocytes coexpressing NKA, which develop during metamorphosis in preparation for SW entry. Lamprey treated with bumetanide, a widely used pharmacological inhibitor of NKCC1, exhibited higher plasma Cl and osmolality as well as reduced muscle water content after 24 h in SW; there were no effects of bumetanide in freshwater-acclimated lamprey. This work provides the first functional characterization of NKCC1 as a mechanism for branchial salt secretion in lampreys, providing evidence that this mode of Cl secretion has been present among vertebrates for ~550 million years.