α-galactosidase A 결핍 생쥐에서 수분통로와 요소운반체의 발현 변화

Abstract

파브리병 (Fabry disease)은 지질대사 효소인 α-galactosidase A (α-gal A) 유전자의 점돌연변이 (point mutation)로 발생하는 X-염색체 열성 유전질환이다. 적절하게 folding되지 못한 (misfolding) α-gal A 단백질은 용해소체로 이동하지 못하여 용해소체 당지질인 globotriaosylceramide (GL-3/Gb3)를 정상적으로 분해하지 못한다. 따라서 분해되지 못한 Gb3는 축적되어 세포질그물 스트레스 (endoplasmic reticulum stress)를 유발한다. 콩팥 내 Gb3의 침착은 다뇨, 야뇨, 혈뇨, 단백뇨 등 콩팥기능부전을 유발하며, 결국 만성 콩팥기능부전 (renal failure)으로 사망에 이르게 된다. 본 연구의 목적은 파브리병의 초기증상인 소변농축기능 저하와 세포질그물 스트레스의 연관성을 규명하는 것이다. 콩팥조직으로 α-Gal A 효소 활성도와 조직내 Gb3 농도를 측정하였고, 면역조직화학염색, Immunoblot, 1차 세포 배양을 실시하였다. α-gal A 결핍 생쥐는 증가된 Gb3 농도와 함께 전형적인 조직병리학적 소견이 관찰되었다. 파브리병 동물모델의 콩팥에서는 세포질그물 스트레스 표지 단백질인 Bip과 CHOP이 매우 증가하였으며 특히 사구체 (glomerulus), 곧은혈관 (vasa recta), 집합관 (collecting duct)에서 관찰되었다. 콩팥의 소변농축에는 수분통로인 AQP1과 AQP2, 요소운반체인 UT-A, UT-B가 헨레고리의 내림가는부분 (descending thin limb), 집합관, 곧은혈관에서 중요한 역할을 수행한다고 알려져 있다. AQP2, UT-A, UT-B 단백질은 파브리병 생쥐의 콩팥에서 발현양이 매우 감소하였고, 발현위치도 세포막에서 세포질로 이동하였다. 하지만, 헨레고리의 내림가는부분에 존재하는 AQP1은 큰 차이가 없었다. 형광현미경 관찰 결과, AQP2는 세포질 그물 스트레스 표지 단백질인 Bip, CHOP과 공존하지 않았지만, 섭취소체, 용해소체 표지 단백질인 LAMP1과 공존하였다. 정상 흰쥐를 이용한 1차 배양 세포에서 세포질 그물 스트레스를 유발하지 않고 Gb3를 첨가하였을 때, AQP2가 세포막에서 세포질로 이동된 것을 확인할 수 있었다. 이상의 결과로 파브리병의 소변농축에는 AQP2, UT-A 및 UT-B의 비정상적인 발현이 중요하게 작용함을 알 수 있다.;Fabry disease is an inherited disorder caused by misfolded α-galactosidase A (α-Gal A) mutant resulting in impaired lysosomal trafficking. The deficiency of α-Gal A does not break down a glycosphingolipid especially Gb3 in the lysosome and also causes endoplasmic reticulum stress (ER stress). The purpose of this study was to investigate the mechanism of correlation between ER stress and the decreased urinary concentration, one of the earliest renal manifestation of Fabry disease, in α-Gal A deficient mice. Kidney tissues were processed for α-Gal A enzyme activity assay, Gb3 level quantification, immunohistochemistry, immunoblot analysis and primary cell culture. α-Gal A deficiency caused typical histopathology and significant polyuria that was associated with increased renal Gb3 level. Fabry kidneys showed a significantly increased expression of ER stress proteins, Bip and CHOP mainly in glomeruli, outer medullary vascular bundles, and medullary collecting duct. CHOP immunoreactivity was rarely detected in the descending thin limb (DTL) of the loop of Henle. AQP1, AQP2, UT-A and UT-B are key transport proteins involved in urine concentration in DTL, collecting duct and vascular bundles. Expression of AQP2, UT-A and UT-B proteins significantly decreased in Fabry kidneys, but the abundance of AQP1 protein remained unchanged. Confocal microscopy demonstrated that AQP2 was abnormally localized in the endosome and lysosome not in the ER. Primary cell culture also showed abnormal expression of AQP2 in Gb3 added IMCD cultured cells. These findings suggest that altered expression of AQP2, UT-A and UT-B may play an important role in the urinary concentration defect in Fabry disease.