內向整流鉀離子通道亞家族成員 (Kcnj1a) 調控斑馬魚表皮離子細胞的鉀離子平衡

Abstract

特定離子細胞在狹鹽性硬骨魚類取代了哺乳類腎臟在滲透壓、水份以及酸鹼值等等的調節功能。透過表現在細胞膜上的特定離子通道可以將斑馬魚離子細胞區分為富鈉鉀幫浦細胞, 鈉氯離子運輸蛋白細胞, 富氫幫浦細胞, SLC26細胞 以及泌鉀細胞，在功能上分別負責：鈣離子運輸、氯離子/HCO3運輸, 氯離子運輸, 氫離子/鈉離子運輸, 以及鉀離子運輸。過去的研究中，已經對前四種離子細胞的功能有一定的了解，然而，泌鉀細胞對於鉀離子的調節模式還是未知的。近來學者指出，斑馬魚帶有一個與哺乳類Kir1.1(ROMK)同源的蛋白，Kcnj1a.1。其表現無論在原前腎或是皮膚細胞都跟鈉鉀幫浦次單元異構物 atp1a1a.4都具有共位現象。現在，斑馬魚除了kcnj1a.1之外還預測及比對出另外五個重覆複製的基因，命名為Kcnj1a.2到Kcnj1a.6。由於序列的相似，且具有高度保守的內向整流鉀離子功能domain，本研究的目的即在定義Kcnj1a亞家族成員在斑馬魚的表現以及調控鉀離子的功能。透過全體雙螢光雜合實驗發現，只有kcnj1a.1在腎細胞有表現，且與atp1a1a.4有共位現象。另外五個基因的表現則廣泛分布在卵黃囊、軀幹及少部分頭等區域的皮膚細胞，並且跟atp1a1a.4有部分共位現象。由於kcnj1a.2,3以及4的mRNA表現訊號較明顯，我們選殖出這三個基因的全長並且在HEK293細胞中過量表現，經由電生理實驗發現只有Kcnj1a.2在調控鉀離子具有非電壓依賴性，且其反轉電流最接近於鉀離子通道。在檢測斑馬魚體內鉀離子含量的實驗中發現，降低飼養斑馬魚水體環境中的鉀含量，會降低其體內鉀含量。然而提高水中鉀的濃度，相對於對照組而言，高鉀水飼養的斑馬魚體內鉀含量並沒有顯著差異。利用MO 技術來降低Kcnj1a在斑馬魚發育過程蛋白質表現，發現受精後三天的斑馬魚體內鉀含量如同低鉀水飼養的情況類似都會降低。因此，由上述結果證實Kcnj1a在斑馬魚胚胎發育階段扮演著調控鉀離子進出的角色。