Scorpion Venom Activates Both $Ca^{2+}-ATPase$ and Inositol 1,4,5-trisphosphate Receptor in the Microsomes of Tracheal Epithelial Cells

전갈독소에 의한 호흡기 상피세포 마이크로솜 $Ca^{2+}-ATPase$와 Inositol 1,4,5-trisphosphate 수용체의 활성촉진

The effects of scorpion (Leiurus quinquestriatus hebraeus, Lqh) venom were evaluated on the activities of microsomal $Ca^{2+}-ATPase$ and $Ca^{2+}$ release channel prepared from the epithelial cells of pig airway. Whole venom of Lqh $(120\;{\mu}g/ml)$ increased the activity of microsomal $Ca^{2+}-ATPase$ about 32% in the tight-sealed microsomes and about 28% in the Triton X-100-treated or $Ca^{2+}$ ionophore A23187-treated leaky microsomes. Thapsigargin, a specific antagonist of $Ca^{2+}-ATPase$, inhibited 42% of total ATPase activity and also completely blocked the effects of Lqh venom, suggesting that Lqh venom directly activiates the microsomal $Ca^{2+}-ATPase$. In order to determine if Lqh venom increases the microsomal uptake of $^{45}Ca^{2+}$, Lqh venom was added in the uptake medium. The Lqh venom increased microsomal $^{45}Ca^{2+}$ uptake up to ${\sim}20%$ and the increase was only observed when heparin, an antagonist of $InsP_3$ receptor channel, was added in the uptake medium. Lqh venom in the absence of heparin unexpectedly decreased the rate and the amount of $^{45}Ca^{2+}$ uptake. These results were explained by simultaneous increases in $^{45}Ca^{2+}$ release as well as $^{45}Ca^{2+}$ uptake by Lqh venom. Lqh venom itself increased the release of $^{45}Ca^{2+}$ as much as $^{45}Ca^{2+}$ release by $4\;{\mu}m\;InsP_3$, implying that Lqh venom also activates $InsP_3$ receptor, microsomal $Ca^{2+}$ release channel. Based on these results, we suggest that the Lqh venom consists of at least two components; one activates the $InsP_3$ receptor and the other avates the $Ca^{2+}-ATPase$. Currently we a investigating the chemical and electrophysiological properties of the active components of Lqh venom.

세포의 활성을 좌우하는 세포질내의 칼슘농도 조절기작을 이해하기 위하여, 전갈 Leiurus quinquestriatus hebraeus (Lqh) 에서 얻은 전갈독소의 세포내 칼슘농도 조절기능과 관련된 효소들의 활성변화에 미치는 효과를 조사하였다. 칼슘펌프와 칼슘채널 효소활성은 돼지의 호흡기 상피세포에서 분리된 마이크로솜에서 측정되었으며, 전갈 독소 Lqh는 온전한 마이크로솜 시료의 경우 총 ATPase의 활성을 약 32% 증가시켰고, Triton X-100나 $Ca^{2+}$ ionophore A23187을 처리한 마이크로솜 시료에서는 총 ATPase의 활성을 약 28% 증가시켰다. Lqh 독소에 의한 ATPase의 활성증가는 $Ca^{2+}-ATPase$의 특이적 저해제인 thapsigargin의 처리로 완전히 저해되었으며, 이것으로 전갈독소 Lqh가 마이크로솜에 위치한 $Ca^{2+}-ATPase$의 활성을 특이적으로 증가시킴을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 결국 Lqh 독소가 $Ca^{2+}-ATPase$의 활성화에 의해 마이크로솜의 $^{45}Ca^{2+}$ uptake를 증가시킬 것이라는 예상을 가능하게 하나, 실제로는 Lqh의 처리가 마이크로솜의 $^{45}Ca^{2+}$ uptake를 오히려 약 30% 감소시켰다. 예상되었던 Lqh에 의한 $^{45}Ca^{2+}$ uptake의 증가는 오직 $InsP_3$ 수용체 칼슘채널의 저해제인 Heparin의 존재시에만 얻어졌다. 이것은 Lqh 독소가 $Ca^{2+}-ATPase$의 활성화에 따른 $^{45}Ca^{2+}$ uptake를 증가시킴과 동시에 또한 $^{45}Ca^{2+}$ release를 유발시킴을 의미하며, Lqh 독소는 실제로 $InsP_3$에 의한 칼슘채널 활성화시에 얻어지는 것과 같은 정도의 $^{45}Ca^{2+}$ release를 유발시킴이 확인되었다. 위의 결과들로부터 Lqh독소에는 적어도 두 가지의 활성성분이 포함되어 있음을 알 수 있었고, 그중 하나는 $InsP_3$ 수용체 칼슘채널의 활성을, 다른 하나는 칼슘펌프의 활성을 촉진시킨다는 결론을 얻었다. 현재 Lqh 독소의 활성성분에 대한 화학적, 전기생리학적 특성들이 연구되어지고 있다.