Functional requirement of aquaporin-5 in plasma membranes of
sweat glands
Lene N. Nejsum, Tae-Hwan Kwon, Uffe B. Jensen, Ornella Fumagalli, Jørgen
Frøkiaer, Carissa M. Krane, Anil G.Menon, Landon S. King, Peter C.
Agre, Søren Nielsen Proc. Natl. Acad. Sci. USA, Vol. 99, Issue 1, 511-516, January 8, 2002,
Изучали распределение и функцию aquaporins (AQPs)в потовых железах. AQP1, AQP3, и
AQP5 мРНК выявлена в лапах крыс с помощью reverse transcription (RT)-PCR, но не AQP2 и AQP4. AQP1, AQP3, и AQP5 белки выявлены в этой ткани с помощью immunoblotting. AQP1 идентифицирован в эндотелиальных клетках капиляров, но не в потовых железах или эпидермисе. Обильная экспрессия AQP3 обнаруживается в базальных уровнях эпидермиса, но не в потовых железах. Иммуногистохимически выявлено обилие AQP5 в секреторных частях потовых желез крыс и мышей, где иммуноЭМ выявлено обильное мечение AQP5 в апикальных плазматических мембранах. AQP5 иммуномечение потовых желез человека выявило сходный паттерн. Тестировали реакцию взрослых мышей на инъекции пилокарпина, выявляемую по секреции amylase. Количество активных потовых желез драматически снижалось у AQP5-null (-/-) мышей по сравнению с гетерозиготами и мышами дикого типа. Делается вывод, что
присутствие AQP5 в плазматических мембранах потовых желез существенно для секреции.
| RT-PCR analysis of rat paws. Products of the predicted sizes were generated by RT-PCR of rat paw AQP1 (199 bp), AQP3 (539 bp), and AQP5 (733 bp).
| Immunoblot analysis of rat paws, skin, kidney (inner medulla), and lung.
| Immunoperoxidase localization of AQP1-5 in 2-µm semithin paraffin sections of rat paws.
| Immunoperoxidase localization of AQP5 in 2-µm semithin paraffin sections of mouse paws and human sweat glands.
| Immunoelectron microscopy of sweat gland secretory cells in Naval Medical Research Institute mouse paw.
| Pilocarpine-induced sweat response monitored by amylase reaction with iodine/starch in mouse paw.
Aquaporins (AQPs) - семейство белков мембранных водных каналов. Известно 11 AQPs у млекопитающих, некоторые из них участвуют в физиологических процессах и болезнях человека. AQP1 находится в плазматических мембранах почечных проксимальных канальцев и нисходящих тонких рукавов, a люди с AQP1 мутациями имеют дефекты с концентрацией мочи. AQP1 обилен также в эндотелии капилляров, где облегчает движение воды между просветом и интерстициумом. AQP0 обилен в клетках хрусталиковых волокон, а семьи с AQP0 мутациями страдают врожденными катарактами. AQP2 экспрессируется в принципиальных клетках почечных собирающих протоков, где он поступает из внутриклеточный сайтов в плазматическую мембрану в ответ на активацию вазопрессином adenylyl cyclase, a у людей с AQP2 мутациями развивается тяжелый нефрогенный diabetes insipidus. AQP5 обычно экспрессируется в апикальных мембранах секреторных желез, a трансгенные мыши, лишенные AQP5, дефицитны по индуцированной пилокарпином salivation. Хотя неизвестно, нарушена ли экспрессия AQP5 у людей, страдающих Sjögren's syndrome, проявляющегося снижением слезо- и слюноотделения, но AQP5 удерживается во внутриклеточных сайтах.
Потоотделение является важным для терморегуляции у многих видов, а потовые железы подушек лап грызунов, как полагают, усиливают тактильную чувствительность. Пациенты с Sjögren's syndrome кроме того имеют трудности с потоотделением (hypohidrosis/anhidrosis) и обнаруживают заметное снижение потоотделения в ответ на стимуляцию methacholine. Т.о., AQP5 м. играть важную роль в секреции пота и патогенезе hypohidrosis, обнаруживаемого у пациентов с Sjögren's синдромом.
В этом исследовании была продемонстрирована экспрессия AQP5 в потовых железах с помощью RT-PCR, иммуноблоттинга и иммуноцитохимии подушек кончностей крыс и мышей.
Обильное иммуномечение AQP5 наблюдалось в секреторных клетках и в экскреторынх протоках потовых желез. Показано, что мечение AQP5 преимущественно ассоциирует с апикальными и базолатеральными частями плазматических мембран секреторных клеток потовых желез мыши с незанчительным мечением внутриклеточных структур. Пилокарпином индуцированная потовая реакция у AQP5-null (-/-) мышей была существенно редуцирована по сравнению с диким типом и гетерозиготами(+/-) мышами. Следовательно, AQP5 играет важную роль в продукции пота.
Локализация AQP5 в потовых железах и его возможная роль в секреции пота ранее не были известны. AQP1 необходим для перекачки существенных количеств воды из плазмы в интерстиций. AQP1 имеет сходное распределение в сосудистых эндотелиальныхх клетках экзокринной части поджелудочной железы крыс и подчелюстных слюнных желез, где они, по-видимому, выполняют сходные функции. AQP3 присутствует в базальных уровнях кожного эпидермиса. Некоторые экзокринные железы крыс, включая слезные железы, субэпителиальные железы верхних дыхательных путей, подчелюстные и паротидные слюнные железы, содержат AQP5 в апикальных мембранах ацинарных желез. Установлено, что AQP5 многочислен в апикальных мембранах, а также в базолатеральных мембрнанах потовых желез на подушечках конечностей крыс и мышей.
Симпатическая иннервация потовых желез отвечает за секрецию пота у грызунов. Но пока неясно, регулируется она acetylcholine или catecholamines. Постганглиолярные волокна потовых желез высвобождают ацетилхолин, а катехоламины, как было установлено, действуют непосредственно на клетки желез, запуская их финальную дифференцировку для потребностей секреторной реакции. Мускариновые агонисты, подобно пилокарпину, воспроизводят способность нервной стимуляции в индукции пота, потоотделение блокируется мускариновыми антогонистами. Также и слюнные железы крыс содержат высокие апикальные уровни AQP5 в клетках серозной части желез, которая иннервируется автономной нервной системой. В паротидных железах стимуляция мускариновых рецепторов генерирует inositol 1,4,5-trisphosphate и diacylglycerol в результате активации phospholipase C и усиления оборота phosphoinositide. Продукция inositol 1,4,5-trisphosphate ведет к увеличению уровня внутриклеточного кальция, и в результате к быстрой секреции слюны. Такой исход м. нужаться в транслокации белков AQP5 водных каналов в апикальную часть плазматической мембраны или в др. формах активации.В сответствии с этой потребностью, AQP5-null (-/-) мыши обнаруживают заметную редукцию индуцированной пилокарпином секреции слюны.
Присутствие AQP5 в потовых железах и заметное снижение пилокарпином индуцированного потоотделения у AQP5-дефицитных мышей, указывает на то, что AQP5м.б. важен для некоторых клинических нарушений. Т.о., дисрегуляция AQP5 в потовых железах м. вносить вклад в патогенез гипогидроза (hypohidrosis), наблюдаемого у пациентов с синдромом Sjögren's, у которых заметно снижено потоотделение в ответ на стимуляцию methacholine. Напротив, hyperhidrosis хроническое идиопатическое нарушение избычтоного потоотделения, которое м. затрагивать ладони, подмышки, подошвы ног и лицо. Он м.б. осложнне мацерацией кожи и вторичными микробными инфекциями.Полученные данные указывают на ключевыую роль AQP5 в продукции пота и открывает возможность ингибированием AQP5 снижать избыточную потливость при этом клиническом синдоме.
P. Agre, L. S. King, M. Yasui, W. B. Guggino, O. P. Ottersen, Y. Fujiyoshi, A. Engel, and S. Nielsen Aquaporin water channels - from atomic structure to clinical medicine J. Physiol., July 1, 2002;
542(1): 3 - 16.
Y. Song, N. Sonawane, and A. S. Verkman Localization of aquaporin-5 in sweat glands and functional analysis using knockout mice J. Physiol., June 1, 2002;
541(2): 561 - 568.
