日本大学歯学部紀要 41，97‑101，2013

無尾両生類の水調節機構
佐藤恵

酒井秀嗣

The water regulation in anuran amphibian
M egumi Sato and Hidetsugu Sakai

１. はじめに年 に ヒ ト の 赤 血 球 膜 の 28kDa タ ン パ ク 質（CHIP 28）が水チャネルであることを同定し ，生物にとって水は非常に重要な物質である。

この発見を含めた細胞膜のチャネルに関する研水は比熱が大きいことから，生体の温度の急激究に対して 2003年にノーベル医学生理学賞がな変化を防ぎ，また，溶媒として様々な物質を授与された。CHIP 28と同様な化学的性質を持溶かし込んだり，水流に乗せて不溶性の物質をつ分子が見つかり，これらを「水をとおす穴」運搬したりと，体内の物質輸送にも必須である。という意味のアクアポリンと呼ぶことが提唱さ

さらに水は生命現象をかかわる化学反応の場をれ ，最初に発見された CHIP 28は AQP 1と提供する。このような水の重要性から，生体内なった。その後 AQP は古細菌から植物，動物とでは様々な場所で水の移動が起きている。しか普遍的に存在することが明らかになり，現在まし，生物の基本単位である細胞の形質膜（細胞で に 哺 乳 類 で は 13種 類 の AQP（AQP 0〜膜）は脂質二重層で構成されていて，拡散によAQP 12） が，水によって成長や環境応答が制る水の透過性は非常に低い。細胞の水恒常性を御される植物では 30種類以上 の AQP が報告保つために迅速で特異的な調節機構が必要であされている。これらの AQP はその構造や性質り，これを担っているのが水チャネル・アクアにより，水のみを透過させるクラシカルアクアポリン（aquaporin ; AQP）と呼ばれる膜タンパポリン（classical AQP），水だけでなくグリセク質である。本稿では生体内での水の移動に係ロールや尿素等の低分子も透過させるアクアグ

わるアクアポリンと，アクアポリンによってさリセロポリン（aquaglyceroporin）に，さらにまざまな水環境に適応した両生類について解説

細胞質 内 に 局 在 す る AQP 11と AQP 12は 非する。

オーソ ドック ス ア ク ア ポ リ ン（unorthodoxAQP）に分類される 。哺乳類では水の再吸収を

２. アクアポリンの構造行い尿の濃縮をする腎臓の他，皮膚，脳，消化ある種の細胞では，細胞膜を通じた拡散だけ器官など様々な部位で AQP が機能しているこでは説明しきれない急速な水の移動があることとがわかっている。両生類では，10種類の哺乳は古くから知られていた 。P.Agre らは 1992

類 AQP パラログが知られており，無尾両生類

日本大学歯学部生物学教室
日本大学歯学部総合歯学研究所機能形態部門〒 101‑8310 東京都千代田区神田駿河台１‑８‑13

Department of Biology, Nihon University School of Dentistry
Division of Functional M orphology, Dental Research(受理：2013年９月 20日）

Center, Nihon University School of Dentistry
1‑8‑13 Kanda‑Surugadai, Chiyoda‑ku, Tokyo 101‑8310, Japan97

日本大学歯学部紀要 41，97‑101，2013

表１

アクアポリンの種類と発現部位

分類

哺乳類

（発現部位）

無尾両生類

クラシカル AQP（水）

AQP 0
AQP 1
AQP 2
AQP 4

水晶体腎臓，血管，etc.
腎臓
腎臓，脳，etc.

AQP 0
AQP 1
AQP 2
AQP 4

AQP 5
AQP 6
AQP 8

唾液腺，肺，etc.
腎臓
肝臓，腸，etc.

AQP 5

AQP 3
AQP 7

腎臓，皮膚精巣，etc.

AQP 3
AQP 7

AQP 9
AQP 10

肝臓，精巣
十二指腸，空腸

AQP 9AQP 10

AQP 11
AQP 12

脳，心臓，etc.
膵臓，腸管，etc

アクアグリセロポリン（水，尿素，グリセロール）
非オーソドックス AQP（機能不明）AQP 8

AQPa 1
AQPa 2無尾両生類特異的 AQP

特異的な２種類の AQPa 1，AQPa 1の存在が確認されている （表１）。
AQP は約 270個のアミノ酸残基から成り，約30kDa の分子質量を示す。６回膜貫通領域とそれを繫ぐ A‑E の５カ所はループ構造をとり，N末端および C 末端は細胞質側の細胞膜表面にある（図１）。AQP の二次構造は分子間でかな

図１り保存されており，多くの AQP はこれと同様

哺乳類 AQP 1単量体の２次構造モデルの構造を示す。疎水性の B ループと E ループにることができる 。ヒトでは原尿として腎臓には NPA モチーフと呼ばれるアスパラギン酸

流れ込むのは１日約 180L だが，尿として排出―プロリン―アラニン配列が含まれ，脂質二重されるのは１日約２L だけで，近位尿細管で層内部で重なり，直径３A 程度の孔状の構造を60％，ヘンレのループの特に下行脚で 20％，遠作り，その𨻶間を水分子が通過する。AQP の位尿細管で 15％，集合管で４‑５％が再吸収さタイプによってこの孔の直径が異なり，水のみれる。ヒトの腎臓では７種類の AQP の発現がを通すのか，水だけでなくグリセロールや尿素確認されており，このうち AQP 2の働きは，下を通すのかが決まる。AQP は分子多様性を示垂体神経葉で産生される哺乳類の抗利尿ホルモし，組織分布には特異性がある。

ンであるアルギニン‑バソプレシン（AVP）にAQP による水バランス調節の例としては哺よって調節されている 。腎臓の他にも全身の乳類の腎臓における水の再吸収がある。陸生の各部位において様々な AQP が発現し，水の細脊椎動物の中で哺乳類と鳥類だけが尿を濃縮す胞内外の移動に寄与している。
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無尾両生類の水調節機構

型，腎臓型の器官特異的な AQP が発現し，水の３. 無尾両生類の水環境適応再吸収に寄与している 。腹側皮膚では種に両生類は約３億 6000万年前の古生代デボン

よって異なるが，例えばニホンアマガエルの場紀に初めて陸上に進出した脊椎動物で，乾燥し合は腹側皮膚型 AQP に加え，膀胱型 AQP が発た環境下でも生存できるような体液の調節機構

現し，AQP を介して水バランス調節が行われを発達させなければならなかった。現存の両生る。これらの AQP は下垂体神経葉から分泌さ類は 2013年９月現在 7191種，そのうちカエルれる抗利尿ホルモンであるアルギニン‑バソト目（無尾類）は 6337種，イモリ目（有尾類）はシン（AVT）によって調節され，腹側皮膚を介655種，アシナシイモリ目（無足類）は 199種がした外部からの水の取り込みと，膀胱における報告されている 。無尾類は両生類全体の 88％体内の水の再吸収により，生体内の水恒常性がを占める最大のグループで，幼生はオタマジャ維持されているとクシとして水中で成長するため水環境が必須でる AQP の発現と，AVT に対する応答性は無尾あるにもかかわらず，成体は砂漠，高山，寒冷両生類の生息環境と関連がある

地，汽水域など水の乏しい厳しい環境にも分布

膚における AQP の発現パターンは生息域にするよって異なり，比較的水の乏しい環境に生息す。

えられる。腹側皮膚におけ。下腹部皮無尾類はその生息領域によって終生水中で生る樹上棲のアマガエルや，陸棲のヒキガエルで活するアフリカツメガエルなど水棲型，ウシガは，下腹部皮膚に膀胱型と腹側皮膚型の２種類

エル，トノサマガエルなど水棲と陸棲生活を行の AQP が発現していた。一方，水辺に生息する

き来する半水棲型，ヒキガエルなど一生の大部半水棲のウシガエル，トノサマガエル，アカガ分で陸棲生活をする陸棲型，アマガエルなど樹エルでは，下腹部皮膚に膀胱型 AQP は発現せ上生活をする樹上棲型に大別される。
両生類は，ず，腹側皮膚型の１種類のみが発現していた。

水適応戦略を発展させ，多様な生活様式を獲得

さらに，水棲種では，下腹部皮膚において膀胱してきた。その一つとして皮膚では常に水分を型 AQP の発現は認められず，腹側皮膚型 AQP多量に含み湿っているが，これは皮膚腺（小顆に関しては，mRNA の発現は認められるが，タ粒腺，粘液腺）に特異的に発現する AQP が関与ンパク質としては検出されないことから，機能している 。また pelvic patch と呼ばれる下腹はしていないとえられる。

部から大腿部にかけての特別な腹側皮膚領域が比較的乾燥した環境で生息している樹上棲や高い水吸収能を示し，独自の水バランス調節機

陸棲の種では，下腹部皮膚に２種類の AQP を構として働く。カエルが腹部を下げ地面に密着発現することで水を積極的に取り込むとさせている姿を観察することができるが，これれる。水に接する機会の多い半水棲の場合は１は口から水を飲まないカエルがその代わりに腹種類の AQP のみが発現し，下腹部から水を吸側の皮膚から水を吸収している様子である。さ収している。さらに，身体を水に取り囲まれてらに，カエルは膀胱に蓄えた尿から水分を再吸いる水棲の種では，下腹部には AQP を発現さ収するという独特の機構も持つ 。カエルの尿せず，過剰な水の取り込みを防いでいるとからの水の再吸収は膀胱で起こるものが主で，られる。また，カエルの皮膚の水透過性や，AQP哺乳類と異なり腎臓の腎髄質対向流系が欠如しを調節して 水 吸 収 を 高 め る は た ら き を も つているので，腎臓での尿の濃縮はできない 。

AVT に対する応答性も，種により異なる 。陸無尾両生類の膀胱と腎臓ではそれぞれ膀胱

棲種の皮膚は刺激を与えない状態でも水透過性
99

えらえ日本大学歯学部紀要 41，97‑101，2013が高く，半水棲・水棲種ではそれより低い。まし，in vitro での水透過性を調べたところ，後肢た，AVT による刺激を与えると水透過性が高の皮膚は AVT に応答して水透過能が顕著に増まるが，中でも半水棲種で最も透過性が高まる。

大した。また，陸棲のオオヒキガエルでは下腹それに対して水棲のアフリカツメガエルでは，部，胸部でも同程度の水吸収能が増大し，半水AVT の刺激を与えても，水透過性はほとんど棲のウシガエルでは後肢に比べると非常に弱い変化しない。これらの皮膚の水透過性や AVTが水吸収能の増大が認められた。腹側皮膚の部に対する応答の違いは，それぞれのカエル皮膚位ごとの水透過能と AVT に対する応答性は種に発現する AQP に由来する 。

によって異なるが，共通して主に後肢の皮膚が水吸収に寄与していると最近の研究で腹側皮膚をひとまとめにせず，えられる。

エリアごとで AQP 発現を解析することで，新このように腹側皮膚を介した外部からの水のたな知見が得られた。腹側皮膚を，後肢，下腹取り込みと，膀胱，腎臓における体内の水の再部，胸部の３箇所に区別し，それぞれの部位に吸収がカエル生体内の水恒常性を維持することおける AQP の発現を調べたところ，半水棲ので，厳しい水環境にも耐え多様な環境での生息

ニホンアカガエル腹側皮膚では，後肢に腹側皮が可能になったと

膚型 AQP が発現していたが，下腹部，胸部ではえられる。

謝発現が認められなかった。水の乏しい環境に生辞息する陸棲のカエルでは，後肢皮膚において強本研究の一部は平成 23，24年度日本大学歯学

い腹側皮膚型 AQP の発現が検出され，それよ部佐藤奨学金研究費の助成によって得られたもりは弱いシグナルが下腹部皮膚と胸部皮膚で認のである。

められた。水棲のアフリカツメガエルの場合は，後肢，下腹部，胸部のいずれの部位でも腹側皮文

献

膚型 AQP は検出されなかったが，mRNA の発

１) Brown D (1989) Membrane recycling and現を調べたところ，後肢，下腹部，胸部いずれepithelial cell function.Am J Physiol 256,F1‑12.の部位においても発現していることが確認され

２) Preston GM,Carroll TP,Guggino WB,Agreた。水棲のニホンアカガエル，トノサマガエル

P (1992) Appearance of water channels in

で後肢の皮膚のみに AQP が発現するという結果は，カエルの水吸収には腹部よりも後肢の方Xenopus oocytes expressing red cell CHIP28
protein. Science 256, 385‑387.

が重要であることを示している。また，同じ半

３) Agre P, Preston GM, Smith BL, Jung JS,

水棲の種でもウシガエルの場合は後肢から胸部Raina S, Moon C, Guggino WB, Nielsen S

にかけて広く AQP が発現しており，このよう(1993) Aquaporin CHIP : the archetypal

な違いは生息地の水環境や動物の生活様式とな

molecular water channel. Am J Physiol 265,F463‑476.

んらかの関連があるとえられる。
このように，

４) Ishibashi K, Kondo S, Hara S, Morishita Y

生息環境によって腹側皮膚に発現する AQP の(2011)The evolutionary aspects of aquaporin

種類が異なるだけでなく，発現しているエリア

family. Am J Physiol Reg Integr Comp
Physiol 300, R566‑576.

が種や生息環境によって異なることが明らかになった。さらに，水棲のアカガエル，トノサマ

５) Danielson JA,Johanson U (2008)Unexpected

ガエル，ウシガエルと陸棲のオオヒキガエル腹complexity of the aquaporin gene family in

側の後肢，下腹部，胸部の皮膚をそれぞれ摘出100

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