Na–K–Cl共輸送体

NKCC1アイソフォームは約1,200個のアミノ酸からなり、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ます。^{[ 5 ]}しかし、骨格筋細胞ではNKCC1 mRNA転写産物が6.7 kbから7-7.5 kbと短いことが示されており、NKCC1のさらなるバリアントが組織特異的に存在することを裏付けています。^{[ 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あり、種間で高度に保存されていますが、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あり、種間で保存性が低いです。 ^{[ 5 ]}膜貫通領域に焦点を当てると、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カチオン親和性の決定因子であることが明らかになり、一方、塩化物親和性は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わかりました。^{[ 5 ]}さらに、ループ利尿薬であるブメタニドは、膜貫通領域2～7、11、および12に結合することがわかった。^{[ 5 ]}

NKCC1は体全体に広く分布しており、特に体液を分泌する外分泌腺と呼ばれる器官に多く見られます。^{[ 7 ]}これらの器官の細胞では、NKCC1は一般的に基底外側膜^{[ 8 ]}、つまり血管に最も近い細胞膜の部分に存在します。エクソン21には、NKCC1を基底外側膜に標的とする転座配列があります。 ^{[ 9 ]}したがって、エクソン21を除外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。基底外側に位置することで、NKCC1は血液から細胞内にナトリウム、カリウム、塩化物を輸送する能力を得ます。他の輸送体は、これらの溶質を頂端面から細胞外へ移動させるのを助けます。その結果、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上昇し、浸透によって水が分泌される。

外分泌腺に加えて、NKCC1は聴覚に必要な器官である蝸牛の一部を覆うカリウムに富む内リンパの形成に必要です。フロセミドや他のループ利尿薬のようにNKCC1を阻害すると、難聴を引き起こす可能性があります。^{[ 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ます。^{[ 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します。^{[ 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ます。^{[ 11 ]}

NKCC1は、発達初期には脳の多くの領域で発現しますが、成人期には発現しません。 ^{[ 12 ]}このNKCC1の存在の変化は、神経伝達物質GABAと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となっているようで、これは初期の神経発達にとって重要であると考えられています。NKCC1トランスポーターが主に活性化している限り、ニューロン内の塩化物濃度は成熟した塩化物濃度と比較して上昇し、これはGABAとグリシンの反応にとって重要です。それぞれのリガンド依存性アニオンチャネルは塩化物に対して透過性があるためです。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加し、チャネルが開くと塩化物が細胞から出て、細胞が脱分極します。言い換えれば、内部塩化物濃度が増加すると、ネルンストの式で示される塩化物の反転電位が増加します。発達の後期にはNKCC1の発現は減少し、KCC2 K-Cl共輸送体の発現が増加するため、ニューロン内の塩化物濃度は成人の値まで低下します。^{[ 13 ]}

初期神経発達におけるNKCC1の活動依存的調節は、KCC2のアップレギュレーションとともに、GABA作動性シグナル伝達の脱分極応答から過分極応答への発達的変化に寄与することが示唆されている。^{[ 14 ] [ 15 ]}

NKCC1は、男性生殖器系のセルトリ細胞、精母細胞、精子細胞で同定されている。^{[ 16 ]} NKCC1の機能は精子形成に重要であると考えられており、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、不妊症となる。^{[ 16 ]}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サイズも小さい。^{[ 16 ]} NKCC1依存性の男性不妊のメカニズムは不明であり、観察された精子数の減少は、精巣におけるNKCC1共輸送の欠如、または視床下部のNKCC1発現ニューロンによるゴナドトロピン放出ホルモンの放出の上流での失敗のいずれかによる可能性がある。^{[ 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である。これは主にNKCC2がNKCC1のN末端に存在する80アミノ酸配列を含まないためである。 ^{[ 3 ]}さらに、NKCC2アイソフォームはエクソン21を含まないため、NKCC2は頂端膜に転座する。^{[ 4 ]} NKCC1と比較して、NKCC2ではエクソン1が2つの別々のエクソンに分かれており、エクソン4は選択的スプライシングによってA、B、Fの形態に分かれており、これらはすべてNKCC2に特有のものである。^{[ 4 ]} NKCC2の発現は腎細胞に限られていると考えられているが、膵臓β細胞でのNKCC2の発現の可能性から、この考えには疑問が呈されている。^{[ 17 ]}

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は尿を含む空洞であるネフロンの内腔に接する頂端膜^{[ 18 ]}に存在します。そのため、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関与しています。

ヘンレ係蹄の太い上行脚は、腎髄質外層のより深い部分から始まります。ここでは、尿中のナトリウム濃度が比較的高くなっています。尿が太い上行脚のより表層に向かって移動すると、NKCC2 が尿からナトリウムを再吸収する主要な輸送タンパク質となります。このナトリウムの外向きの移動と太い上行脚における水の透過性の欠如により、尿はより希釈されます。^{[ 19 ]}上記の化学量論によれば、再吸収されるナトリウムイオンごとにカリウムイオン 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、そこで血圧の維持に寄与します。

フロセミドをはじめとするループ利尿薬はNKCC2の活性を阻害し、ヘンレ係蹄の太い上行脚におけるナトリウムの再吸収を阻害する。これらのループ利尿薬の作用は、NKCC2共輸送体を介したカリウムの再吸収も減少させ、結果として尿細管流量を増加させ、カリウム分泌を促進して低カリウム血症効果を強める。

ナトリウム再吸収障害は、以下の3つのメカニズムによって利尿作用を増強する。

1. ナトリウムの吸収を減少させることにより、尿中の活性浸透圧物質の量を増加させる。
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低下をもたらす。

ホルモンであるバソプレシンはNKCC2の活性も刺激します。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NKCC2の膜への輸送を増加させ、膜に存在するNKCC2の細胞質N末端にあるいくつかのセリンおよびトレオニン部位をリン酸化して、その活性を高めます。NKCC2活性の増加は、低浸透圧濾液を生成することで、アクアポリン2チャネルを介した集合管における水の再吸収を助けます。 ^{[ 20 ] [ 21 ]}