홍연어 Oncorhynchus nerka 치어의 해수적응을 위한 분자내분비학적 조절

Abstract

본 연구는 홍연어 Oncorhynchus nerka 치어가 해수 환경에 적응하는 동안 aquaporins (AQPs) 및 갑상선호르몬 수용체 유전자의 발현과 외인성 코티졸의 내분비학적 조절 메커니즘을 밝히고자 수행되었다.

1. 해수적응에 따른 AQPs 유전자의 발현과 외인성 코티졸의 상호작용

홍연어 치어의 삼투압 조절 메커니즘을 확인하기 위하여, 담수 환경에 서식하고 있는 parr 단계와 smoltification (smolt) 단계의 홍연어를 각각 염분 단계별(0, 25, 50, 75, 100% 해수) 해수 환경에 노출시킨 후, 생리학적 반응을 조사하였다. 염분 변화에 따른 수분 이동에 중점을 둔 연구로, 수분 이동 통로의 구성에 관여하는 막 단백질인 AQP3와 8 mRNA 발현 및 각각의 단백질 발현량의 변화를 관찰하였으며, 대표적인 삼투압 조절 기관인 아가미에서 AQP3의 분포 및 발현량의 변화를 면역조직화학법으로 관찰하였다. 또한, 해수적응 호르몬인 코티졸을 처리하여 코티졸에 의한 AQPs (AQP3와 AQP8) mRNA 발현량의 변화를 비교하였다. 실험 결과, parr 단계의 홍연어 아가미와 장에서는 담수에서 해수로의 염분 변화에 따라 AQP3와 AQP8 mRNA 및 단백질 발현량 모두 유의적으로 증가하는 경향이 관찰되었다. 반면, smolt 단계에서는 AQP3와 AQP8 모두 25% 해수까지는 유의적으로 증가하였다가 감소하는 경향이 관찰되었으며, 담수 환경과 비교한 결과 오히려 해수 환경에서 유의적으로 낮은 발현량이 관찰되었다. 또한, 혈장 삼투질 농도는 parr 단계(411 ± 5.3 mOsm/kg) 보다 smolt 단계(381 ± 2.6 mOsm/kg)에서 상대적으로 높은 수준의 혈장 삼투질 농도를 유지하고 있었다. 코티졸을 복강 주사한 경우, parr와 smolt 단계 모두에서 AQP mRNA 및 단백질 발현량이 감소했으며, 혈장 삼투질 농도 또한 344 ± 4.0 mOsm/kg (parr)과 324 ± 4.2 mOsm/kg (smolt)으로 각각 감소하였다. 따라서 본 연구에서는 해수 환경에 노출하였을 때, 수분 재흡수에 관여하는 유전자인 AQP에 의해 해수 환경에서 선택적인 수분 투과를 통하여 어체내의 삼투압을 조절하고 있었으며, smolt 시기를 거치면서 고염분 환경에 적응할 수 있는 삼투능력이 향상/획득되었음을 확인할 수 있었다. 또한, 코티졸은 홍연어가 parr에서 smolt 단계로 성장해 가는 동안 수분의 이동을 촉진시키고, 고염분 환경 적응 시에 수분의 흡수를 증가시켜 AQP 유전자의 작용을 조절하고 있음을 확인할 수 있었다.

2. 해수적응에 따른 갑상선호르몬 수용체 유전자의 발현과 외인성 코티졸의 상호작용

담수 환경에 서식하고 있는 smolt 단계의 홍연어를 인위적으로 염분 단계별(0, 25, 25, 50, 75, 100% 해수) 해수 환경에 노출시키면서 갑상선호르몬 수용체 mRNA 및 단백질 발현량의 변화를 관찰하였다. 또한, 혈장에서 triiodothyronine (T3), thyroxine (T4) 및 Na+, Cl-, K+ 이온 농도의 변화를 확인하였다. 더욱이, 해수 적응 호르몬인 코티졸의 영향을 알아보기 위하여 코티졸을 처리하여 홍연어가 해수에 적응 시 갑상선호르몬 수용체와 코티졸과의 상관관계를 밝혀내고자 하였다. 연구 결과, 단계별 염분 변화 환경에 노출됨에 따라 갑상선호르몬 수용체 mRNA 및 단백질 발현 모두 유의적으로 증가하는 경향이 관찰되었으며, 혈장 내 T3, T4 농도 또한 증가하였다. 반면, 코티졸을 복강 주사한 실험구에서는 대조구에 비하여 갑상선호르몬 수용체 mRNA 및 단백질의 발현량 뿐만 아니라 혈장 내 T3 및 T4 농도 또한 감소하였다. 염분 농도가 증가함에 따라 Na+, Cl-와 K+ 이온은 증가하는 경향을 보였으나, 코티졸을 처리한 실험구에서는 대조구보다도 낮은 Na+, Cl-와 K+ 이온 농도 값을 보였다. 본 연구 결과, 홍연어는 치어기 때 담수에 머물다가 성장을 위해 바다로 이동하면서 갑상선호르몬 및 갑상선호르몬 수용체가 분비되어 염분 변화 환경에 적응해 가면서 성장을 촉진시키는 것으로 사료된다. 또한, 동시에 코티졸이 세포막의 이온 수송 조절에 영향을 끼쳐, 체내 삼투압 조절 및 갑상선호르몬과의 피드백 작용을 수행하면서 해수 적응 능력을 증가시키는 것으로 판단된다.