Choroid plexus NKCC1 mediates cerebrospinal fluid clearance during mouse early postnatal development
- 김소영
- 2025년 11월 10일
- 2분 분량
Huixin Xu, Ryann M. Fame, Cameron Sadegh, Jason Sutin, Christopher Naranjo, Della Syau, Jin Cui, Frederick B. Shipley, Amanda Vernon, Fan Gao, Yong Zhang, Michael J. Holtzman, Myriam Heiman, Benjamin C. Warf, Pei-Yi Lin & Maria K. Lehtinen
Nature commumications, 19 January 2021
Abstract:
Cerebrospinal fluid (CSF) provides vital support for the brain. Abnormal CSF accumulation, such as hydrocephalus, can negatively affect perinatal neurodevelopment. The mechanisms regulating CSF clearance during the postnatal critical period are unclear. Here, we show that CSF K+, accompanied by water, is cleared through the choroid plexus (ChP) during mouse early postnatal development. We report that, at this developmental stage, the ChP showed increased ATP production and increased expression of ATP-dependent K+ transporters, particularly the Na+, K+, Cl−, and water cotransporter NKCC1. Overexpression of NKCC1 in the ChP resulted in increased CSF K+ clearance, increased cerebral compliance, and reduced circulating CSF in the brain without changes in intracranial pressure in mice. Moreover, ChPspecific NKCC1 overexpression in an obstructive hydrocephalus mouse model resulted in reduced ventriculomegaly. Collectively, our results implicate NKCC1 in regulating CSF K+ clearance through the ChP in the critical period during postnatal neurodevelopment in mice.
한글 초록 요약본:
본 연구는 생후 초기 마우스에서 맥락총 (choroid plexus, ChP)이 Na+-K+-2Cl- 공동 수송체 (NKCC1)를 통해 뇌척수액 내 칼륨과 수분을 제거함을 규명함. 생후 첫 주 동안 NKCC1의 발현과 활성화가 증가하며, 이 과정은 CHD4/NuRD 복합체에 의해 후성유전학적으로 조절됨. NKCC1 과발현은 CSF 내 K+ 농도 감소와 뇌실 확장 완화를 유도함. 이러한 결과는 NKCC1이 초기 뇌 발달기 CSF 제거의 핵심 조절자이자 수두증의 잠재적 치료 표적임을 시사함.
한글 논문 요약본 (Intro, Methods, Results)
1) Introduction: 뇌척수액은 뇌의 발달과 항상성을 유지하는 데 핵심적인 역할을 하며, 그 형성과 제거는 주로 맥락총 (ChP)에 의해 조절됨. 그러나 출생 직후 (postnatal period)에 CSF 조성이 급격히 변화하는 이유와 그 분자적 조절 기전은 명확히 밝혀지지 않음. 이 연구는 ChP의 Na+-K+-2Cl- cotransporter 1 (NKCC1)이 출생 후 초기 시기에 CSF 내 칼륨 농도 감소 및 체액 조절에 중요한 역할을 한다는 가설을 검증함. 특히 NKCC1의 발현과 활성 조절, 그리고 이 과정의 후성유전학적 조절에 초점을 맞춤.
2) Methods
2-1) 동물모델: CD1 및 Chd4^fl/fl^ 마우스를 사용하였으며, 배아기 (E14.5)부터 성체까지의 시기를 분석함.
2-2) CSF 분석: cisterna magna에서 CSF를 채취하여 ICP-OES와 ion chromatography로 Na+, K+, Cl-농도를 측정함.
2-3) 대사 및 분자 분석: TEM과 Seahorse XFe96으로 ChP의 미토콘드리아 활성과 ATP 생산을 평가하고, TRAP 분석, RT-qpcr, western blot을 통해 NKCC1, Na+/K+-ATPase, Klotho의 발현 변화를 조사함.
2-4) 유전자 조작: AAV2/5 벡터를 이용하여 배아기 뇌실 내 주입으로 NKCC1 과발현 또는 CHD4 결손을 유도하고, 세포 팽창 실험으로 NKCC1 기능을 확인함.
2-5) 영상 및 생리 분석: MRI로 뇌실 부피를 측정하고, CSF infusion test를 통해 두개내압 (IP)과 순응도 (Compliance coefficient)를 산출함. 또한 kaolin 유도 수두증 모델을 이용해 NKCC1의 치료 효과를 평가함.
3) Results
3-1) 출생 후 CSF 내 K+의 급격한 감소: ICP-OES 분석 결과, CSF 내 K+ 농도는 출생 직후 (P0)에서 P7 사이에 급격히 감소함. 이는 혈청 대비 CSF의 K+ 비율이 급격히 떨어지는 시기와 일치함.
3-2) ChP의 대사 활성 증가: 동일 시기에 ChP 상피세포 내 미토콘드리아 수, 면적, 산화적 호흡이 모두 증가, 이는 ChP가 출생 후 활발히 이온/ 수 운반 기능을 수행하기 시작함을 시사함.
3-3) NKCC1의 발현 증가 및 기능적 전환: TRAP 분석과 RT-qpcr 결과, ChP는 출생 후 NKCC1, Na+/K+-ATPase, Klotho의 발현을 증가함. 세포 팽창 실험에서 성체보다 P4 시기의 세포가 더 큰 부피 변화를 보여, NKCC1의 능동적 역할을 뒷받침함.
3-4) NKCC1 발현의 후성유전학적 조절: CHD4/NuRD 복합체가 NKCC1 발현의 시기적 증가를 조절함을 확인. AAV-Cre을 통해 CHD4를 결손시키면 NKCC1 mRNA와 단백질이 현저히 감소.
3-5) NKCC1의 기능적 검증: AAV-NKCC1 과발현 마우스에서 CSF 내 K+ 농도 감소가 유의하게 나타남. 이는 NKCC1이 CSF에서 K+와 수분을 흡수하는 방향으로 작용함을 입증.
3-6) 두개내압 역학 개선 및 수두증 완화: 성체에서 NKCC1 과발현은 CSF 순응도 증가, 즉 CSF 흡수능 증가로 이어짐. Kaolin 유도 수두증 모델에서 NKCC1 과발현군은 대조군 대비 뇌실 확장 감소. 뇌실 부피는 대조군의 약 1/3 수준으로 감소함.
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