Na-K-Cl共輸送体

Na -K-Cl共輸送体（NKCC）は、ナトリウム、カリウム、塩素の細胞内への二次能動輸送を助ける輸送タンパク質です。^{[1]ヒトには、この}膜輸送タンパク質の2つのアイソフォーム、NKCC1とNKCC2があり、2つの異なる遺伝子（それぞれSLC12A2とSLC12A1）によってコードされています。NKCC1/Slc12a2遺伝子の2つのアイソフォームは、最終遺伝子産物のエクソン21を保持する（アイソフォーム1）か、スキップする（アイソフォーム2）ことによって生じます。^[2]

NKCC1は人体全体に広く分布しており、体液を分泌する臓器で重要な機能を果たしています。対照的に、NKCC2は腎臓に特異的に存在し、尿からナトリウム、カリウム、塩素を抽出して血液中に再吸収します。^[3]

NKCCタンパク質は、細胞膜を介してナトリウム（Na）、カリウム（K）、塩化物（Cl）イオンを輸送する膜輸送タンパク質です。各溶質を同じ方向に輸送するため、共輸送体と見なされます。2つの正に帯電した溶質（ナトリウムとカリウム）を、負に帯電した溶質（塩化物）の2つの部分と一緒に輸送することで、電気的中性を維持します。したがって、輸送される溶質の化学量論は1Na：1K：2Clです。イカの巨大軸索は、化学量論が2Na：1K：3Clである唯一の注目すべき例外ですが、タンパク質輸送体全体の電気的中性は依然として維持されています。^[3]これらのイオンの輸送速度は、両方のNKCCアイソフォームに存在するリン酸化部位によって制御されます。^[4]

NKCC1アイソフォームは約1,200個のアミノ酸から構成され、そのうち約500個のアミノ酸残基が12個の疎水性膜貫通領域を形成している。^[5]しかし、骨格筋細胞におけるより短いNKCC1 mRNA転写産物（6.7 kbから7-7.5 kb）の証拠は、組織特異的な形でさらなるNKCC1バリアントが存在することを裏付けている。^[6] NKCC1共輸送体のカルボキシ末端には複数のリン酸化部位が含まれており、種を超えて高度に保存されているが、対照的に、アミノ末端には少なくとも1つのリン酸化部位が含まれており、種間で保存性が低い^[5]。膜貫通領域に焦点を当て、突然変異誘発による親和性研究により、2番目の膜貫通領域が陽イオン親和性の決定因子であり、塩素親和性は4番目から7番目の膜貫通領域によって決定されることが明らかになった。^[5]さらに、ループ利尿薬であるブメタニドは、膜貫通領域2から7、11、12に結合することがわかった。^[5]

NKCC1は体中に広く分布しており、特に外分泌腺と呼ばれる体液を分泌する器官に多く分布しています。^[7]これらの器官の細胞では、NKCC1は基底外側膜^[8]、つまり血管に最も近い細胞膜の一部によく見られます。エクソン21には、NKCC1を基底外側膜に誘導する転座配列があります。 ^{[9]そのため、エクソン21を排除するように選択的スプライシングされたNKCC1共輸送体は、基底外側膜ではなく}頂端膜に転座します。その基底外側部に位置することにより、NKCC1はナトリウム、カリウム、塩素を血液から細胞内に輸送することができます。他の輸送体は、これらの溶質が細胞の頂端表面を通って細胞外へ移動することを助けます。最終結果として、血液中の溶質、特に塩化物がこれらの外分泌腺の内腔に分泌され、内腔内の溶質濃度が増加し、浸透圧によって水が分泌されます。

NKCC1は外分泌腺に加え、聴覚に必要な器官である蝸牛の一部を浸すカリウムを豊富に含む内リンパの形成にも必要である。フロセミドや他のループ利尿薬によるNKCC1の阻害は難聴を引き起こす可能性がある。^{[8]特に蝸牛では、NKCC1は}血管条、らせん靭帯、らせん神経節に存在している。^[8]同様に、NKCC1の発現は加齢とともに減少し、進行性の難聴を引き起こす。^{[10]さらに、NKCC1は}前庭の暗細胞に存在し、前庭系の内リンパの生成に寄与している。^[11]

NKCC1 は、発達初期には脳の多くの領域でも発現しているが、成人期には発現していない。^[12]この NKCC1 存在の変化は、神経伝達物質GABAおよびグリシンに対する反応を興奮性から抑制性に変化させる原因であると考えられており、これは初期のニューロン発達に重要であることが示唆されている。NKCC1 トランスポーターが主に活性である限り、ニューロン内の内部塩化物濃度は成熟した塩化物濃度と比較して上昇するが、これはそれぞれのリガンド依存性アニオンチャネルが塩化物に対して透過性であるため、GABA およびグリシンの反応にとって重要である。内部塩化物濃度が高くなると、このイオンの外向きの駆動力が増大し、チャネルが開くと塩化物が細胞から出て、脱分極する。言い換えれば、内部塩化物濃度が上昇すると、ネルンストの式で示される塩化物の逆転電位が上昇する。発達後期には、NKCC1 の発現が減少し、KCC2 K-Cl 共輸送体の発現が増加するため、ニューロン内の内部塩化物濃度が成人の値まで低下する。^[13]

NKCC1は、男性生殖器系のセルトリ細胞、精母細胞、精細胞で同定されています。^{[14] NKCC1の機能は}精子形成に非常に重要であると思われます。マウスでNKCC1をノックダウンすると、精母細胞が精子に成熟できず、不妊症につながります。 ^[14]さらに、NKCC1ノックダウンマウスは、野生型マウスと比較して精巣のサイズが小さくなります。^[14] NKCC1依存性の男性生殖能力のメカニズムは不明ですが、観察された精子数の減少は、精巣でのNKCC1共輸送の欠如、または視床下部のNKCC1発現ニューロンがゴナドトロピン放出ホルモンを放出する上流の障害による可能性があります。[ 4 ^]

NKCC2アイソフォームはNKCC1よりも小さく、それぞれ121 kDaと195 kDaです。これは主に、NKCC2にはNKCC1のN末端にある80アミノ酸配列が含まれていないためです。^[3]さらに、NKCC2アイソフォームにはエクソン21が含まれないため、NKCC2は頂端膜に移行します。^[4] NKCC1と比較すると、NKCC2ではエクソン1が2つの別々のエクソンに分割され、エクソン4はNKCC2専用のフォームA、B、Fに選択的にスプライシングされます。 ^{[4] NKCC2の発現は}腎細胞に限定されていると考えられていますが、膵臓β細胞でのNKCC2の発現の可能性から疑問視されています。^[15]

NKCC2は、腎臓の基本的な機能単位であるネフロンのヘンレ係蹄の太い上行脚と緻密斑の細胞に特異的に存在します。これらの細胞内では、NKCC2は尿を含む中空の空間であるネフロン腔に隣接する頂端膜^[16]に存在します。そのため、NKCC2はナトリウム吸収と尿細管糸球体フィードバックの両方に作用します。

ヘンレループの太い上行脚は、腎外髄質のより深い部分から始まります。ここでは、尿のナトリウム濃度が比較的高くなります。尿が太い上行脚のより浅い部分に向かって移動すると、NKCC2 が主要な輸送タンパク質となり、尿からナトリウムが再吸収されます。このナトリウムの外向きの移動と太い上行脚の水透過性の欠如により、尿はより希釈されます。^{[17]上記の化学量論によると、再吸収されたナトリウムイオン 1 個につき、カリウムイオン 1 個と塩化物イオン 2 個が運ばれます。ナトリウムは}血液中に再吸収され、血圧の維持に貢献します。

フロセミドおよびその他のループ利尿薬はNKCC2 の活性を阻害し、ヘンレループの太い上行脚におけるナトリウムの再吸収を阻害します。これらのループ利尿薬の作用により、NKCC2 共輸送体によるカリウムの再吸収も減少し、その結果尿細管流量が増加してカリウムの分泌が促進され、低カリウム血症効果が強調されます。

ナトリウムの再吸収が阻害されると、次の 3 つのメカニズムによって利尿作用が増加します。

1. ナトリウムの吸収を減らすことで尿中の活性浸透圧物質の量を増やす
2. 乳頭勾配を消去する
3. 尿細管糸球体フィードバックを阻害する

したがって、ループ利尿薬は最終的に血圧を低下させます。

ホルモンのバソプレシンもNKCC2の活性を刺激します。バソプレシンはシグナル伝達経路を活性化することで、ネフロンの太い上行脚における塩化ナトリウムの再吸収を刺激します。バソプレシンは膜へのNKCC2の輸送を増加させ、膜にあるNKCC2の細胞質N末端のセリンとスレオニン部位の一部をリン酸化して、その活性を高めます。NKCC2の活性が増加すると、低浸透圧濾液が生成され、アクアポリン2チャネルを介した集合管での水分の再吸収が促進されます。 ^{[18] [19]}

NKCC1とNKCC2はそれぞれ5番染色体の長腕^[5]と15番染色体^[20]上の遺伝子によってコードされている。NKCC2の機能喪失変異は、正常から低血圧を伴う低カリウム性代謝性アルカローシスを特徴とする常染色体劣性疾患であるバーター症候群を引き起こす。 ^[20]

NKCC1をコードする遺伝子SLC12A2のプロモーターには、ホメオボックス 転写因子 SIX1とSIX4の結合部位が含まれており、これらが結合するとNKCC1 mRNAの発現がアップレギュレーションされることが示されています。^{[21]さらに、SLC12A2プロモーターが}転写因子Sp1の結合により低メチル化されると、NKCC1の発現がアップレギュレーションされます。^[22]

SLC12A2とは異なり、NKCC2をコードする遺伝子SLC12A1のプロモーターには、TATAボックスもSp1結合部位も含まれていません。^[4] NKCC2プロモーターの制御結合部位には、肝細胞核因子1、cAMP応答要素結合タンパク質、CCAATエンハンサー結合タンパク質、および基本ヘリックスループヘリックスタンパク質の部位が含まれます。^[4]

細胞膜を越えて溶質を移動させるために必要なエネルギーは、ナトリウムの電気化学的勾配によって提供されます。ナトリウムの電気化学的勾配は、 ATP 依存性酵素である Na/K-ATPase によって確立されます。NKCCタンパク質はナトリウムの勾配を使用するため、その活性は間接的に ATP に依存します。このため、NKCC タンパク質は二次能動輸送によって溶質を移動させると言われています。選択的スプライシングによって生成される NKCC2 の 3 つのアイソフォーム (NKCC2A、B、および F) があります。これらのアイソフォームはそれぞれ、太い上行脚の異なる部分で発現し、局在と相関するナトリウムに対する親和性が異なります。アイソフォーム F は、ナトリウム濃度が非常に高い太い上行脚の深部でより優勢です。NKCC2F はナトリウムに対する親和性が最も低いアイソフォームであり、これにより共輸送体がこのナトリウムに富む環境で機能することができます。対照的に、NKCC2Bは太い上行脚と緻密斑のより浅い部分に発現しており、ナトリウムに対する親和性が最も高い。これにより、NKCC2Bは飽和することなく、このナトリウム欠乏環境で機能することができる。NKCC2Aアイソフォームは、ナトリウムに対する中間の分布と親和性を示す。^[23]このように、NKCC2は太い上行脚に沿って見られるナトリウム濃度の範囲に沿って適切に機能することができる。

• 共同輸送
• 共輸送体

• 米国国立医学図書館の医学件名標目(MeSH)における塩化ナトリウム-カリウム+共輸送体