Hallmarks of astrocytes include a high resting $K^+$ conductance and a linear current(I)-voltage(V) relationship called passive conductance. The passive conductance is an im-portant driving force for the extracellular ion and neurotransmitter homeostatic function of astrocytes. Recently, the molecular identity of this unique property of astrocytes was identified to be TREK-1/TWIK-1 heterodimers. However, the regulatory mechanism of these channels still remains obscure. Using bioinformatics, the possible regulatory proteins were listed and $Na^+/H^+$ exchanger regulatory factor-1 (NHERF-1) was selected as a novel candidate TWIK-1/TREK-1 heterodimer regulatory protein. NHERF-1 only interacts with the N-terminus region of TREK-1 and the PDZ-domain of NHERF-1 mediates this interaction. When NHERF-1 was overexpressed in cultured astrocytes, TREK-1/TWIK-1 mediated whole cell K+ currents and surface TREK-1/TWIK-1 levels were significantly decreased. On the other hand, knockdown of NHERF-1 in astrocytes using shRNA significantly increased whole cell K+ currents and surface expression of TREK-1/TWIK-1. Taken together, this study reports NHERF-1 regulation of TREK-1/TWIK-1 expression level in astrocytes.
비신경세포인 별아교세포는 뇌에서 가장 많은 비중을 차지하고 있는 세포이다. 별아교세포는 수동적 전도도 (passive conductance)라고 불리는 고유한 특성을 가지고 있다. 수동적 전도도란 다른 세포에 비해 더 낮은 음전하 값의 안정막 전위와 직선에 가까운 전류(I)―전압(V) 관계를 일컫는다. 뇌가 정상적으로 기능하기 위해서는 뇌에 존재하는 칼슘($Ca^{2+}$)이나 칼륨($K^+$) 이온들의 농도가 일정하게 유지되어야 하는데, 별아교세포가 외부에 증가된 칼륨($K^+$) 이온을 흡수하며 이온 농도의 항상성 유지에 중요한 역할을 한다. 별아교세포에 이상이 생겨 칼륨의 흡수를 하지 못하게 된 경우 발작이나 경련 등이 일어나게 된다. 수동적 전도도라는 특성은 별아교세포가 칼륨($K^+$)의 흡수를 가능하게 하는 원동력이다. 최근 별아교세포의 수동적 전도도를 담당하는 이온통로가 TREK-1/TWIK-1의 이종결합에 의한 이온통로라는 사실이 보고되었지만, 이 이온통로의 조절기작에 대해서는 연구된 바가 없다. TREK-1/TWIK-1의 조절기작을 밝히기 위해, 생물정보학적 분석방법을 이용하여 조절 인자로 예상되는 단백질 후보군을 찾았다. 발현이 높은 단백질들을 선별한 후, TREK-1/TWIK-1과 상호작용을 분석해 NHERF-1단백질을 찾았으며, NHERF-1의 PDZ 도메인과 TREK-1이온통로의 N-말단이 결합에 중요한 부위임을 밝혔다. 또한, NHERF-1이 별아교세포에 과발현되면 세포의 칼륨($K^+$)전류의 흐름과 세포막에서의 TREK-1/TWIK-1의 발현양이 줄어든 것을 확인하였다. 반대로 별아교세포에서NHERF-1의 발현이 억제 되었을 때, 세포의 칼륨($K^+$)전류 흐름과 세포막에서의 TREK-1/TWIK-1의 발현양이 늘어남을 관찰하였다. 이러한 결과들로부터, NHERF-1에 의한 TREK-1/TWIK-1이온통로의 세포 표면 발현양의 변화가 칼륨($K^+$)전류의 흐름을 조절함을 알 수 있었다. 따라서 이 연구 결과는 분자적 수준에서 별아교세포의 수동적 전도도를 이해하는데 기여할 것으로 기대된다.
