Tight junctions are constituents of the blood–epididymis barrier that play roles in regulating the unidirectional transcellular transport of ions, water, and solutes to maintain optimal conditions for sperm maturation and storage. Claudin 1 (Cldn1) and 4 (Cldn4) are known as tight junction proteins and are expressed in the basolateral membranes as well as tight junctions in the epididymis of rodents. Here, we examined the expression and localization of Cldn1 and 4 to determine the function of these proteins in the pig epididymis. Cldn1 was highly expressed in the basolateral membrane of epithelial cells in the caput and corpus regions of the epididymis. In the cauda region, however, Cldn1 labeling was significantly decreased in the basolateral membrane of epithelial cells. In contrast, labeling indicated that Cldn4 was expressed in the basolateral membrane in the cauda region of the epididymis and was present at punctate reactive sites in the caput and corpus regions. However, in no region of the epididymis did we detect colocalization of Cldn1 and 4 with labeled ZO-1, the distribution of which is restricted to the tight junctions. Our results indicate that Cldn1 and 4 were region-specifically expressed in the pig epididymis but not present in the tight junctions of epididymal epithelium. In addition, reciprocal regulation in specific regions of the epididymis between Cldn1 and 4 may play an important role in generating an optimal luminal environment for sperm maturation and storage in the pig epididymis.

밀착연접(tight junction, TJ)은 인접하는 표피 세포 사이를 서로 연결 및 접합하여 전해질과 수분의 이동을 조절할 뿐만 아니라 세포 내 신호를 전달하고 세포분열을 조절하는 등 다양한 기능을 갖고 있는 것으로 알려졌다. 또한 최근 연구에 따르면 TJ 관련 단백질들의 비정상적 발현은 암 발생 및 진행과 밀접한 관련이 있는 것으로 보고되었으며, TJ 구성 단백질의 발현 조절은 피부 장벽 강화 및 보습 조절과 연관된 것으로 알려졌다. 본 연구에서는 세포 장벽 조절을 통해 피부 보습 조절에 관여하는 새로운 화장품 소재를 발굴하기 위해 여러 가지 소재들에 대한 스크리닝을 수행하였다. 이 중 인공 감미료 소재로 널리 사용되는 스테비올 및 당 유도체(스 테비오사이드)의 미백 및 주름 개선 등의 효능에 대한 기존 보고에 따라, 이들에 의한 TJ 조절 메커니즘을 확인 하기 위해 다양한 세포 활성 기능 시험을 수행하였다. MTS (3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-5-(3- carboxymethoxyphenyl)-2-(4-sulfophenyl)-2H-tetrazolium, inner salt)를 이용한 실험을 통하여 스테 비올은 human keratinocyte cell line인 HaCaT 세포에 250 μ M 까지 독성을 나타내지 않음을 확인하였다. Quantitative real-time PCR을 이용한 TJ 관련 단백질들의 mRNA 발현 변화를 통하여 스테비올에 의한 TJ 조절 기능을 확인하였다. 그 결과, 스테비올은 TJ 관련 단백질 중 특이적으로 claudin 8을 대조군 대비 30% 수준까지 감소시키는 것을 관찰하였다. 또한, 세포이동에 의한 영향을 관찰한 결과 스테비올 처리에 의해 세포이 동이 현저히 저해되는 것을 확인하였다. 마지막으로 세포 장벽의 투과성 변화를 관찰하기 위해 표피세포 피부저 항(transepithelial electric resistance, TEER) 분석 결과 스테비올에 의한 세포투과성(cell permeability) 또 한 증가되는 것을 관찰하였다. 이에 반해, 스테비올 유도체(스테비오사이드, 리바우디오사이드)에서는 1000 μ M까지 세포 독성이 거의 나타나지 않을 뿐만 아니라 claudin 8 발현 억제 및 세포이동 저해현상도 관찰되지 않았다. 스테비올은 HaCaT 세포의 세포 독성, claudin 8 발현 억제, 그리고 세포 이동의 저해효과를 보이는 반면 스테비올 당 유도체인 스테비오사이드, 리바우디오사이드는 세포 독성 및 세포이동에 영향이 없는 것으로 나타난 본 연구 결과들은 스테비올 당 유도체가 향후 화장품 원료로써 스테비올보다 적합한 소재임을 시사한다

Expression of claudin-11 (CLDN11), a tight junction (TJ) protein, was examined in the Korean soft-shelled turtle (Pelodiscus maackii) testes. Spermatogenesis began during the breeding season and peaked at the end of the breeding season. Spermiation started in summer and peaked in autumn. The deduced amino acid sequence of P. maackii CLDN11 was similar to those of avian and mammalian species. During the non-breeding season when spermatogenesis and testosterone production were active, testicular Cldn11 levels were high. In the seminiferous epithelium, strong wavy CLDN11 strands parallel to the basement membrane delaminate the spermatogonia, and early spermatocytes are in the open compartment. Otherwise, CLDN11 was found beneath the early spermatocytes and in the Sertoli cell cytoplasm. Punctate zonular occludens-1 (ZO-1) immunoreactivity was found within the CLDN11 strands parallel to the basement membrane or at the outermost periphery of the seminiferous epithelium close to the basal lamina. During the breeding season, when circulating testosterone levels and spermatogenic activity was low, testicular CLDN11 level was lower than those of non-breeding season. CLDN11 was found at apicolateral contact sites between adjacent Sertoli cells devoid of the postmeiotic germ cells. At this time, lanthanum tracer diffused to the adluminal compartment of seminiferous epithelium. In cultured testis tissues, testosterone propionate significantly increased the level of Cldn11 mRNA. In P. maackii testis, CLDN11 participates in the development of the BTB where the CLDN11 expression was coupled with spermatogenic activity and circulating androgen levels, indicating the conserved nature of TJ’s expressing CLDN11 at the BTB in amniotes.

Testicular expression of CLDN11 (claudin-11), a tight junction protein was examined together with spermatogenesis and circulating testosterone levels in Korean soft-shelled turtle (Pelodiscus maackii). Spermatogenesis started during the breeding season in May and peaked in August when the breeding season ended. Spermiation started in July and peaked in October, showing the typical pattern of spermatogenesis in temperate zone reptiles. Deduced amino acid sequences of P. maackii CLDN11 was highly homologous to those of avian and mammals, suggesting the conserved nature of CLDN11 in amniotes. During the non-breeding season when the spermatogenesis was active and circulating testosterone levels elevated, testicular CLDN11 mRNA and protein (19kDa) levels were high. Strong, wavy CLDN11 immunoreactive strands run parallel to basement membrane in the basal part of the seminiferous epithelium, delaminating the spermatogonia and early spermatocytes in the open compartment. Otherwise, CLDN11 was found beneath the early spermatocytes and in the Sertoli cell cytoplasm perpendicular to basement membrane. In double labeling experiment, punctate ZO-1 immunoreactivity was found within the CLDN11 strands run parallel to the basement membrane as well as at the most periphery of seminiferous epithelium where ZO-1 and CLDN11 in Sertoli cells were mostly cytoplasmic and perpendicular to basement membrane. Together, recruit of CLDN11 and ZO-1 to the inter-Sertoli TJs was tightly coupled with spermatogenic stage. At the breeding season when the circulating testosterone levels and spermatogenic activity remained low, testicular CLDN11 mRNA and protein levels were low. CLDN11 was found at apicolateral contacts between adjacent Sertoli cells devoid of the postmeiotic germ cells, suggesting that CLDN11 between adjacent Sertoli cells also participates in the maintenance of seminiferous lumen. In P. maackii testis, CLDN11 as a structural element of the blood-testis barrier dynamically changed according to spermatogenic activity and circulating androgen levels. This is the first study on the CLDN TJs at the BTB in reptilian testis.

정소 내 생식세포 분화가 이루어지는 세정관과 혈관 사이에 존재하는 blood-testis barrier (BTB)는 다양한 밀착결합(tight junction) 단백질로 이루어져 있다. Claudin-11은 이러한 밀착결합을 구성하는 단백질 중 하나로 잘 알려져 있다. 본 연구에서는 토끼(domestic rabbit; Oryctolagus cuniculus domesticus), 꿩(pheasant; Phasianus colchicus), 자라(soft shelled turtle; Pelodiscus sinensis)의 정소에서 claudin-11의 발현을 관찰하고, 성적 성숙 또는 번식기에 따른 변화를 확인하고자 하였다. 이를 위해 각 동물의 claudin-11 partial cDNA 염기서열을 확보하고 이를 통해 RT-PCR을 수행하였다. 또한 정소 조직 내에서 claudin-11 발현 부위를 확인하기 위해 면역염색을 시행하였으며, western bolt을 통해 단백질발현을 확인하였다. 토끼와 꿩의 정소에서 claudin-11은 성적으로 성숙한 이후에, 자라의 경우 생식세포의 분화가 활발히 일어나는 비번식기에 mRNA 발현량의 급격히 증가하였으며, 이는 단백질의 발현량과 일치하는 것을 확인하였다. 성적 성숙이 일어나지 않은 토끼와 꿩 및 번식기 자라의 정소내에서 claudin-11 발현은 주로 Sertoli cells 및 그 사이에서 확인되었다. 그러나 생식세포 분화가 활발한 시기의 세정관 내에서 claudin-11은 Sertoli cells 및 그 사이 뿐만 아니라 Sertoli cell이 spermatogonia와 접하는 바닥면에 물결형태로 분포하는 것이 확인되었다. 이는 포유류뿐만 아니라 조류에서도 claudin-11이 생식세포 분화를 진행하는 세정관 내에서 BTB를 구성하고 있음을 의미한다. 또한, 계절에 따라 생식세포 군집의 변화를 보이는 자라의 정소에서 생식세포 분화가 활발한 시기에 claudin-11이 BTB 구성에 참여하는 것이 확인되었다. 꿩의 정소 및 정소(organ culture)에서 분리해 낸 Sertoli cells(primary culture)를 이용한 실험에서 testosterone 처리에 따라 claudin-11 mRNA가 증가하는 것이 확인되었으며, 자라의 호르몬을 분석한 결과, 세정관내 생식세포 분화가 활발한 시기에 testosterone 농도가 높아지는 것을 확인하였다. 이는 claudin-11이 남성호르몬의 조절을 받으며, 생식세포의 분화가 활발한 시기의 높은 농도의 남성호르몬은 세정관내부 환경을 독립적으로 유지할 수 있도록 claudin-11이 포함된 BTB를 발달시키는 것으로 사료된다. 본 연구를 통해 현재까지 잘 알려져 있지 않은 조류와 파충류 정소에서의 claudin-11 발현을 확인하였으며, 정소 내 고유환경 조성에 참여하는 것은 claudin-11이 진화선상에서 갖는 공통된 기능임을 확인하였다.