Im, Ji Woo;Lee, Chae Young;Kim, Dong-Hwan;Bae, Hae-Rahn
한국발생생물학회지:발생과생식
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제24권3호
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pp.177-185
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2020
Although many aquaporin (AQP) transcripts have been demonstrated to express in the female reproductive tract, the defined localizations and functions of AQP subtype proteins remain unclear. In this study, we investigated the expression of AQP1, AQP3, AQP5, AQP6, and AQP9 proteins in female reproductive tract of mouse and characterized their precise localizations at the cellular and subcellular levels. Immunofluorescence analyses for AQP1, AQP3, AQP6, and AQP9 showed that these proteins were abundantly expressed in female reproductive tract and that intense immunoreactivities were observed in mucosa epithelial cells with a subtype-specific pattern. The most abundant aquaporin in both vagina and uterine cervix was AQP3. Each of AQP1, AQP3, AQP6, and AQP9 exhibited its distinct distribution in stratified squamous or columnar epithelial cells. AQP9 expression was predominant in oviduct and ovary. AQP1, AQP3, AQP6, and AQP9 proteins were mostly seen in apical membrane of ciliated epithelial cells of the oviduct as well as in both granulosa and theca cells of ovarian follicles. Most of AQP subtypes were also expressed in surface epithelial cells and glandular cells of endometrium in the uterus, but their expression levels were relatively lower than those observed in the vagina, uterine cervix, oviduct and ovary. This is the first study to investigate the expression and localization of 5 AQP subtype proteins simultaneously in female reproductive tract of mouse. Our results suggest that AQP subtypes work together to transport water and glycerol efficiently across the mucosa epithelia for lubrication, proliferation, energy metabolism and pH regulation in female reproductive tract.
Alteration in ion channel or transporter expression levels affects cell volume which is produced by movement of water and ion across the plasma membrane. In particular, aquaporin (AQP) channels among ion channels play a crucial role in movement of water across the cell membrane. This study was performed to identify whether AQP expression is changed in bovine follicular cystic follicles using microarray, RT-PCR and Western blotting analyses. In microarray data, AQP4 expression was decreased, whereas AQP7 was increased in cystic follicles. Additional experiments were focused on the AQP7 expression increased in cystic follicles. The microarray data was confirmed by semi-quantitative polymerase chain reaction (PCR) and Western blot analysis. AQP7 mRNA and protein expressions were significantly increased in the cystic follicles (p<0.05). Application of estrogen ($10{\mu}g/ml$) to bovine ovarian cells showed a trend of increase in AQP7 expression. From these results, we suggest that the increase in AQP7 expression in cystic follicles may play an important role in movement of water in bovine ovary. In addition, AQP7, a aquaglyceroporin permeating water and glycerol, could be a good target in development of methods for the cryopreservation of bovine ovary.
Water transport in highly-permeable membranes is facilitated by some specialized pathways, which are called aquaporins (AQP). AQP1 (AQP-CHIP) is the first recognized aquaporin identified from red cells and renal proximal tubules. Up until now 4 other aquaporin homologs have been reported. Each aquaporin has its unique tissue distribution and regulatory mechanims. To elucidate molecular mechanisms for their transcription regulation and tissue-specific expression isolation of aquaporin genes is required. To clone promoters of the AQP family mouse genomic library was screened by the 1st exon-specific probe of AQP4, and 5 different plaques were positively hybridized. Phage DNAs were purified and characterized by restriction mapping and sequencing. One of them is the mouse AQP-CD gene. The gene was consisted of 4 exons and the exon-intron boundaries of mouse AQP-CD gene were identified at identical positions in other related genes. The 5'-flanking region of AQP-CD gene contains one classic TATA box, a GATA consensus sequence, an E-box and a cyclic AMP-responsive element. The cloning of the mouse AQP-CD gene, of which product is expressed in the collecting duct and is responsible for antidiuresis by vasopressin, will contribute to understand the molecular mechanisms of tissue-specific expression and regulation of AQP-CD gene under various conditions.
The spermatozoa become mature in the epididymis which is divided into initial segment and caput, corpus, and cauda epididymis. The water movement across the epididymal epithelium is important for creating luminal microenvironment for sperm maturation. Aquaporins (Aqps) are water channel proteins, and expression of Aqps is regulated by androgens. The current research was focused to examine expressional regulation of Aqp1 and Aqp9 by an androgenic-anabolic steroid, nandrolone decanoate (ND). The ND at the low dose (2 mg/kg body weight/week) or high dose (10 mg) was subcutaneously administrated into male rats for 2 or 12 weeks. Transcript levels of Aqp1 and Aqp9 were determined by quantitative real-time polymerase chain reaction (PCR) analyses. In the initial segment, level of Aqp1 was decreased with 12 week-treatment, while Aqp9 level was decreased by the high dose treatment for 12 weeks. In the caput epididymis, Aqp9 expression was decreased by the low dose treatment. The 2 week-treatment resulted in an increase of Aqp1 level but a decrease of Aqp9 expression in the corpus epididymis. In the corpus epididymis, the 12 week-treatment at the low dose caused the reduction of Aqp1 and Aqp9 levels, but the high dose treatment resulted in an increase of Aqp1 expression and a decrease of Aqp9 level. In the cauda epididymis, Aqp1 expression was decreased by 2 and 12 week-treatments, while increases of Aqp9 levels was detected with the high dose treatment for 2 weeks and with 12 week-treatment. These findings indicate differential regulation of Aqp1 and Aqp9 expression among epididymal segments by ND.
Whether there exists a sympathetic neural mechanism regulating the expression of aquaporin (AQP) water channels in the kidney was investigated. Male Sprague-Dawley rats were treated with reserpine (1 mg/kg, IP), and the expression of AQP1-4 proteins was determined in the kidney one day thereafter. Following the treatment with reserpine, the systolic blood pressure measured in a conscious state was significantly decreased in the experimental group compared with that in the control $(83{\pm}8\;vs\;124{\pm}6\;mmHg;\;n=6\;each,\;P<0.05)$. The expression of AQP2 proteins was decreased in the cortex, outer medulla, and inner medulla. The decrease of AQP2 proteins was in parallel in the membrane and the cytoplasmic fractions, suggesting a preserved AQP2 targeting. No significant changes were observed in the expression of AQP1, AQP3, or AQP4. Neither basal nor AVP-stimulated formation of cAMP was significantly altered. These results suggest that the sympathetic nervous system has a tonic stimulatory effect specifically on the expression of AQP2 water channels in the kidney.
Objective : To elucidate the role of aquaporin-4[AQP4] in cerebral edema formation, we studied the expression and subcellular localization of AQP4 in astrocytes after focal cerebral ischemia. Methods : Cerebral ischemia were induced by permanent middle cerebral artery[MCA] occlusion in rats and estimated by the discoloration after triphenyltetrazolium chloride[TTC] immersion. Change of AQP4 expression were evaluated using western blot. Localization of AQP4 was assessed by confocal microscopy and its interaction with ${\alpha}-syntrophin$ was analyzed by immunoprecipitation. Results : After right MCA occlusion, the size of infarct and number of apoptotic cells increased with time. The ratio of GluR1/GluR2 expression also increased during ischemia. The polarized localization of AQP4 in the endfeet of astrocytes contacting with ventricles, vessels and pia mater was changed into the diffuse distribution in cytoplasm. The interactions of AQP4 and Kir with ${\alpha}-syntrophin$, an adaptor of dystrophin complex, were disrupted by cerebral ischemia. Conclusion : The deranged spatial buffering function of astrocytes due to mislocalized AQP4/Kir4.1 channel as well as increased assembly of $Ca^{2+}$ permeable AMPA receptors might contribute to the development of edema formation and the excitotoxic neuronal cell death during ischemia.
Appropriate control of diet and water intake is important for maintaining normal blood pressure, fluid and electrolyte homeostasis in the body. It is relatively understood that the amount of sodium and potassium intake directly affects blood pressure and regulates ion transporters; Na and K channel functions in the kidney. However, little is known about whether diet and water intake regulates Aquaporin (AQP) function. AQPs, a family of aquaporin proteins with different types being expressed in different tissues, are important for water absorption by the cell. Water reabsorption is a passive process driven by osmotic gradient and water permeability is critical for this process. In most of the nephron, however, water reabsorption is unregulated and coupled to solute reabsorption, such as AQP1 mediated water absorption in the proximal tubule. AQP2 is the only water channel founded so far that can be regulated by hormones in the kidney. AQP2 expressed in the apical membrane of the principal cells in the collecting tubule can be regulated by vasopressin (antidiuretic hormone) controlling the final volume of urine excretion. When vasopressin binds to its receptor on the collecting duct cells, it stimulates the translocation of AQP2 to the membrane, leading to increased water absorption via this AQP2 water channel. However, some studies also indicated that the AQP2 is also been regulated by vasopressin independent mechanism. This review is focused on the regulation of AQP2 by diet and the amount of water intake on salt and water homeostasis.
Whether there exists a sympathetic neural regulation on the aquaporin (AQP) channels in the kidney was examined. Male Sprague-Dawley rats were used. They were renal nerve denervated by stripping the nervous and connective tissues passing along the renal artery and vein, and painting these vessels with 10% phenol solution through a midline abdominal incision. Three days later, the expression of AQP1-4 proteins in the denervated kidneys was determined. The content of norepinephrine was found significantly decreased following the denervation. Accordingly, the expression of AQP2 proteins was markedly decreased. The expression of AQP3 and AQP4 was also slightly but significantly decreased, while that of AQP1 was not. Neither the basal nor the AVP-stimulated accumulation of cAMP was significantly affected in the denervated kidney. It is suggested that the sympathetic nervous system has a tonic stimulatory effect on AQP channels in the kidney.
Objectives: To explore the expression of aquaporin 1 ($AQP_1$) in bladder uroepithelium cell carcinoma (BUCC) and its relevance to recurrence. Materials and Methods: Tissue samples from 45 BUCC patients who underwent total cystectomy or transurethral resection of bladder tumor (TURBT) and from 40 patients with non-bladder cancers who underwent special detection or treatments were collected. The level of expression of $AQP_1$ in BUCC tissues and normal bladder tissues was assessed by immunohistochemistry so as to analyze the relevance to pathological patterns and time of recurrence in BUCC patients. Results: The expression levels of $AQP_1$ normal bladder tissues and BUCC tissues were $2.175{\pm}0.693$ and $3.689{\pm}0.701$, respectively, and the difference was significant (t=9.99, P<0.0001). Marked increase was noted with BUCC histological grade and pathological stage (P<0.01). Moreover, the expression of $AQP_1$ was evidently higher in cancerous tissues with lymph node metastasis than in those without (P<0.01). With short-term recurrence, the positive cell expression rate of $AQP_1$ was higher in primary tissues, which increased obviously after recurrence. Additionally, the recurrent time of BUCC was negatively associated with the positive cell expression rate of $AQP_1$ and the difference between the expression of $AQP_1$ before and after recurrence (r=-0.843, F=39.302, P=0.000; r=-0.829, F=35.191, P=0.000). Conclusions: $AQP_1$, which reflects the grade, stage, lymph node metastasis and recurrence of BUCC, has potential guiding significance in the diagnosis and treatment of bladder cancarcinoma.
Oxidative stress-induced melanocyte apoptosis is linked to the immune system and plays a critical role in the pathogenesis of vitiligo. Aquaporin-3 (AQP3), which is downregulated in vitiligo keratinocytes, regulates intracellular H2O2 accumulation. However, the role of AQP3 in oxidative stress is uncertain in vitiligo. This study investigated the effect of downregulated AQP3 on oxidative stress in vitiligo using lesional and non-lesional skin specimen sets from vitiligo patients and primary cultured adult normal human epidermal keratinocytes, with or without downregulation and overexpression of AQP3 in the presence or absence of H2O2 treatment. The levels of nuclear factor E2-related factor 2 (NRF2) and/or its main target, NAD(P)H quinone dehydrogenase 1 (NQO-1), were lower in the lesional keratinocytes and cultured keratinocytes with AQP3 knockdown, but were increased in keratinocytes upon AQP3 overexpression. Ratios of NRF2 nuclear translocation and NQO-1 expression levels were further reduced in AQP3-knockdown keratinocytes following H2O2 treatment. The conditioned media from AQP3-knockdown keratinocytes treated with H2O2 contained higher concentrations of reactive oxygen species (ROS). Moreover, the number of viable melanocytes was reduced when the conditioned media were added to the culture media. Overall, AQP3 downregulation in the keratinocytes of patients with vitiligo can induce oxidative stress in neighboring melanocytes, leading to melanocyte death.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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