Glutamate-and NMDA-induced calcium influx at synaptosomes and the difference of their actions

Glutamate와 NMDA에 의한 Synaptosome에서의 칼슘 유입과 이들의 작용의 차이

Glutamate and aspartate may evoke an increase in membrane permeability to monovalent cations and $Ca^{++}$. However, it is uncertain whether $Ca^{++}$ influx is mediated by voltage dependent $Ca^{++}$ channels or by excitatory amino acid activated channels. In addition, the influences of excitatory amino acids on $Ca^{++}$ uptake by neuronal tissues as well as the responses of their actions to extracellular $Mg^{++}$ concentration are different. $K^{+}$ induced $Ca^{++}$ uptake by synaptosomes was dependent on extracellular $Mg^{++}$ up to 5 mM and at concentration of 10 mM, $Ca^{++}$ influx was rather reduced. In $Na^{+}$ rich media, glutamate-and aspartate-induced $Ca^{++}$ uptake was increased by $Mg^{++}$ in a dose independent manner. However, the response for NMDA was inhibited by $Mg^{++}$ at concentrations above 2 mM. $K^+$-and glutamate-induced $Ca^{++}$ influx s were inhibited by 2,4-dinitrophenol, chlorprom-azine and verapamil but not by tetraethylammonium chloride. Tetrodotoxin effectively inhibited the action of glutamate but did not affect that of $K^+$. The response for MNDA was inhibited by 2, 4-dinitrophenol and tetrodotoxin, slightly inhibited by verapamil, and not affected by tetraethylammonium chloride. In $Na^{++}$ rich medium, depolarizing action of glutamate, aspartate and MNDA on synaptosomes was not demonstrated, whereas these agents stimulated $Ca^{++}$ uptake and caused $Ca^{++}$ influx induced depolarization at mitochondria. On the other hand, the activities of synaptosomal ATPases were not affected by excitatory amino acids at 5 mM. The results suggest that glutamate or NMDA induced $Ca^{++}$ influx at synaptosomes exhibits different responses for extracellular $Mg^{++}$ Ex citatory amino acids induced $Ca^{++}$ influx at synaptosomes may be associated with increased permeability of membrane for $Na^{++}$ and $Ca^{++}$ except $K^{++}$ and membrane depolarization due to increased ionic permeability.

Glutamate와 aspartate는 단가 양이온과 칼슘에 대한 세포막의 투과성을 증가시키는 것으로 시사되고 있다. 그러나 칼슘 유입이 voltage에 의존적인 칼슘 통로에 의하여 또는 흥분성 아미노산에 활성적인 통로에 의하여 이루어지는가는 분명하지 않다. 더우기, 신경세포의 칼슘 유입에 미치는 흥분성 아미노산의 영향과 세포의 마그네슘에 대한 이들의 반응이 다른 것으로 추정하고 있다. Synaptosome에서 포타슘에 의한 칼슘 흡수는 세포외 마그네슘에 의존적이었으나 10 mM 농도에서는 그 이하의 농도에서보다 오히려 감소하였다. 소듐이 주된 반응액에서 glutamate와 aspartate에 의한 칼슘 흡수는 마그네슘에 의하여 용량에 비의존적인 양상으로 증가하였다. 그러나 NMDA의 작용은 2 mM 이상의 마그네슘에 의하여 억제되었다. 포타슘과 glutamate에 의한 칼슘 흡수는 2,4-dinitrophenol, chorpromazine과 verapami에 의하여 억제되었으나 tetraethylammonium chloride의 영향은 받지 아니하였다. Tetrodotoxin은 효과적으로 glutamate의 작용을 억제하였으나 $K^+$의 작용에는 영향을 주지 않았다. NMDA의 작용은 2,4-dinitrophenol과 tetrodotoxin에 의하여 억제되었고 verapamil에 의하여 약간 억제되었으며 tetraethylammonium chloride의 영향은 받지 아니하였다. 소듐이 주된 반응액에서 glutamate,, aspartate와 NMDA에 의한 synaptosome의 탈분극은 관찰되지 않았으나 이들은 mitochondria에서 칼슘 유입에 따른 탈분극을 초래하였다. 한편, 흥분성 아미노산은 synaptosoine의 ATPase활성도에 영향을 나타내지 않았다. 이상의 결과로부터 glutamate 또는 NMDA에 의한 synaptosome의 칼슘 흡수는 세포외 마그네슘에 각기 다른 양상을 나타내며 이들에 의한 칼슘 흡수는 포타슘을 제외한 소듐과 칼슘에 대한 세포막 투과성의 증가 그리고 이에 따른 탈분극에 연관이 있을 것으로 시사되있다.