Park, Young-Geun;Yang, Young-Seon;Yum, Myung-Kul;Hong, Seong-Geun
The Korean Journal of Physiology
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v.25
no.2
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pp.125-131
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1991
Inactivation properties of Ca current in the unfertilized eggs of mouse were studied by using the whole cell voltage clamp technique and single microelectrode voltage clamp technique. Membrane potential was held at -80 mV and step depolarization was applied from -50 mV to 50 mV for $200{\sim}500\;ms$. Peak of inward Ca currents was $-2{\sim}-4\;nA$ at a membrane Potentials from -20 mV to 0 mV and outward currents were not observed within the membrane voltage range studied $(-50{\sim}50\;mV)$. Inward currents were fully inactivated within 200 ms after the onset of step depolarization. As the membrane became depolarized, time constant of inactivation (${\tau}$) was decreased but remained around $20{\sim}30\;ms$ beyond 10 mV. When $Ca^{2+}$ was used as a charge earlier, inactivation of inward $Ca^{2+}$ current also occured and time course of inactivation was similar to that of $Ca^{2+}$ currents as charge carrier. In the bathing solution containing high potassium $(131\;mM\;K^+)$, process of inactivation was not changed except a parallel decrease of value for the entire range of membrane potential. Steady-state inactivation of the $current(h_{\infty})$ obtained from the double pulse experiment showed the voltage-dependent change. These results suggested that inactivation of Ca currents in the unfertilized eggs of mouse was voltage-dependent.
So, Keum Young;Kim, Sang Hun;Sohn, Hong Moon;Choi, Soo Jin;Parajuli, Shankar Prasad;Choi, Seok;Yeum, Cheol Ho;Yoon, Pyung Jin;Jun, Jae Yeoul
Molecules and Cells
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v.27
no.5
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pp.525-531
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2009
We studied the effect of carbachol on pacemaker currents in cultured interstitial cells of Cajal (ICC) from the mouse small intestine by muscarinic stimulation using a whole cell patch clamp technique and $Ca^{2+}$-imaging. ICC generated periodic pacemaker potentials in the current-clamp mode and generated spontaneous inward pacemaker currents at a holding potential of -70 mV. Exposure to carbachol depolarized the membrane and produced tonic inward pacemaker currents with a decrease in the frequency and amplitude of the pacemaker currents. The effects of carbachol were blocked by 1-dimethyl-4-diphenylacetoxypiperidinium, a muscarinic $M_3$ receptor antagonist, but not by methotramine, a muscarinic $M_2$ receptor antagonist. Intracellular $GDP-{\beta}-S$ suppressed the carbachol-induced effects. Carbachol-induced effects were blocked by external $Na^+$-free solution and by flufenamic acid, a non-selective cation channel blocker, and in the presence of thapsigargin, a $Ca^{2+}$-ATPase inhibitor in the endoplasmic reticulum. However, carbachol still produced tonic inward pacemaker currents with the removal of external $Ca^{2+}$. In recording of intracellular $Ca^{2+}$ concentrations using fluo 3-AM dye, carbachol increased intracellular $Ca^{2+}$ concentrations with increasing of $Ca^{2+}$ oscillations. These results suggest that carbachol modulates the pacemaker activity of ICC through the activation of non-selective cation channels via muscarinic $M_3$ receptors by a G-protein dependent intracellular $Ca^{2+}$ release mechanism.
There is evidence that noradrenaline enhances spontaneous contractions dose-dependently in guinea-pig antral circular muscle. To investigate the mechanism of this excitatory action, slow waves and membrane currents were recorded using conventional microelectrode techniques in muscle strips and the whole cell patch clamp technique in isolated gastric myocytes. On recording slow waves, noradrenaline $(10^{-5}\;M)$ induced the hyperpolarization of the membrane potential, although the shape of the slow waves became tall and steep. Also, spike potentiaIs occurred at the peaks of slow waves. These changes were completely reversed by administration of phentolamine $(10^{-5}\;M),\;an\;{\alpha}-adrenoceptor$ blocker. Noradrenaline-induced hyperpolarization was blocked by apamin $(10^{-7}\;M)$, a blocker of a class of $Ca^{2+}\;-dependent\;K^+$ channels. To investigate the mechanisms for these effects, we performed whole cell patch clamp experiments. Norndrenaline increased voltage-dependent $Ca^{2+}$ currents in the whole range of test potentials. Noradrenaline also increased $Ca^{2+}\;-dependent\;K^+$\;currents, and this effects was abolished by apamin. These results suggest that the increase in amplitude and the generation of spike potentials on slow waves was caused by the activation of voltage-dependent $Ca^{2+}$ channel via adrenoceptors, and hyperpolarization of the membrane potential was mediated by activation of apamin-sensitive $Ca^{2+}\;-dependent\;K^+\;channels$.
Potassium channels play an important role in regulating vascular smooth muscle tone. Four types of $K^+$ channels areknown to be expressed in vascular smooth muscle cells, and maxi $Ca^{2+}-activated\;K^+$ channel $(BK_{Ca})$ is a dominant type of $K^+$ channels in these cells. Because total ginseng saponins and ginsenoside $Rg_3$ cause vasodilation with unclear mechanisms, we hypothesized that total ginseng saponins and ginsenoside $Rg_3$ induce vasodilation via activation of maxi $Ca^{2+}-activated\;K+$ channels. Whole-cell BKe. currents were voltage-dependent with half maximum activation at -14 mV, and the currents were sensitive to nanomolar ChTX and millimolar TEA. External application of total ginseng saponins increased the anlplitude of the whole-cell BKe. current in a concentration-dependent manner. Single-channel analysis indicates that total ginseng saponins caused the channel opening for a longer period of time. Ginsenoside $Rg_3$ increased the amplitude of whole-cell $K_{Ca}$ currents without affecting voltage dependence of the currents and increased single-channel open time. Hence, the results suggest that ginseng saponin-induced vasodilation may be due to activation of $K_{Ca}$.
Intracellular free $Ca^{2+}$ contributes to regulation of various events occurring in vascular smooth muscle cells. One of these events is modulating the membrane iou currents. Single smooth muscle cells were isolated from rabbit mesenteric artery. Three kinds of $Ca^{2+}-activated\;current$ were studied with the patch clamp method. $Ca^{2+}-activated\;K^+\;current$ with a large oscillation was recorded in the depolarized potential range. The single channel conductance of this current was about 250 pS. It was abolished by replacing intracellular $K^+\;with\;Cs^+$. A $Ca^{2+}-activated$ nonselective cation current was observed in both the depolarized and hyperpolarized potential ranges. And it was blocked by replacement of extracellular $Na^+$ with N-methylglucamine (NMG) or extracellular application of $Cd^{2+}$. $Ca^{2+}-activated\;Cl^-\;current$ was revealed in the whole voltage range and was blocked by niflumic acid. These results indicate that at least three kinds of $Ca^{2+}-activated$ ionic currents exist in smooth muscle cells from rabbit superior mesenteric artery.
There are numerous studies on transepithelial transports in duct cells including $Cl^-$ and/or $HCO_3^-$. However, studies on transepithelial $K^+$ transport of normal duct cells in exocrine glands are scarce. In the present study, we examined the characteristics of $K^+$ currents in single duct cells isolated from guinea pig pancreas, using a whole-cell patch clamp technique. Both $Cl^-$ and $K^+$ conductance were found with KCI rich pipette solutions. When the bath solution was changed to low $Cl^-$, reversal potentials shifted to the negative side, $-75{\pm}4\;mV$, suggesting that this current is dominantly selective to $K^+$. We then characterized this outward rectifying $K^+$ current and examined its $Ca^{2+}$ dependency. The $K^+$ currents were activated by intracellular $Ca^{2+}$. 100 nM or 500 nM $Ca^{2+}$ in pipette significantly (P<0.05) increased outward currents (currents were normalized, $76.8{\pm}7.9\;pA$, n=4 or $107.9{\pm}35.5\;pA$, n=6) at +100 mV membrane potential, compared to those with 0 nM $Ca^{2+}$ in pipette $(27.8{\pm}3.7\;pA,\;n=6)$. We next examined whether this $K^+$ current, recorded with 100 nM $Ca^{2+}$ in pipette, was inhibited by various inhibitors, including $Ba^{2+}$, TEA and iberiotoxin. The currents were inhibited by $40.4{\pm}%$ (n=3), $87.0{\pm}%$ (n=5) and $82.5{\pm}%$ (n=9) by 1 mM $Ba^{2+}$, 5 mM TEA and 100 nM iberiotoxin, respectively. Particularly, an almost complete inhibition of the current by 100 nM iberiotoxin further confirmed that this current was activated by intracellular $Ca^{2+}$. The $K^+$ current may play a role in secretory process, slnce recycling of $K^+$ is critical for the initiation and sustaining of $CI^-$ or $HCO_3^-$ secretion in these cells.
Kim, Na-Ri;Han, Jin;Kim, Eui-Yong;Kim, Yun-Hee;Sim, Jae-Hong;Kim, Soo-Cheon
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.3
no.6
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pp.547-554
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1999
The aim of the present study is to investigate the contribution of $Ca^{2+} ?activated\;K^+\;(K_{Ca})$ channels and delayed rectifier $K^+\;(K_V)$ channels to the resting membrane potential (RMP) in rabbit middle cerebral arterial smooth muscle cells. The RMP and membrane currents were recorded using the whole-cell patch configuration and single $K_{Ca}$ channel was recorded using the outside-out patch configuration. Using the pipette solution containing 0.05 mM EGTA, the RMP was $-25.76{\pm}5.08$ mV (n=12) and showed spontaneous transient hyperpolarizations (STHPs). The membrane currents showed time- and voltage-dependent outward currents with spontaneous transient outward currents (STOCs). When we recorded the membrane potential using the pipette solution containing 10 mM EGTA, the RMP was depolarized and did not show STHPs. The membrane currents showed no STOCs but only showed slowly inactivating outward currents. External TEA (1 mM) reversibly inhibited the STHPs, depolarized the RMP, reduced the membrane currents, abolished STOCs, and decreased the open probability of single $K_{Ca}$ channel. When $K_V$ currents were isolated, the application of 4-AP (5 mM) depolarized the RMP. The important aspect of our results is that $K_{Ca}$ channel is responsible for the generation of the STHPs in the membrane potential and plays an important role in the regulation of the RMP and $K_V$ channel is also responsible for the regulation of the RMP in rabbit middle cerebral arterial smooth muscle cells.
L-type $Ca^{2+}$ channels play an important role in regulating cytosolic $Ca^{2+}$ and thereby regulating hormone secretions in neuroendocrine cells. Since hormone secretions are also regulated by various kinds of protein kinases, we investigated the role of some kinase activators and inhibitors in the regulation of the L-type $Ca^{2+}$ channel currents in rat pituitary $GH_3$ cells using the patch-clamp technique. Phorbol 12,13-dibutyrate (PDBu), a protein kinase C (PKC) activator, and vanadate, a protein tyrosine phosphatase (PTP) inhibitor, increased the $Ba^{2+}$ current through the L-type $Ca^{2+}$ channels. In contrast, bisindolylmaleimide I (BIM I), a PKC inhibitor, and genistein, a protein tyrosine kinase (PTK) inhibitor, suppressed the $Ba^{2+}$ currents. Forskolin, an adenylate cyclase activator, and isobutyl methylxanthine (IBMX), a non-specific phosphodiesterase inhibitor, reduced $Ba^{2+}$ currents. The above results show that the L-type $Ca^{2+}$ channels are activated by PKC and PTK, and inhibited by elevation of cyclic nucleotides such as cAMP. From these results, it is suggested that the regulation of hormone secretion by various kinase activity in $GH_3$ cells may be attributable, at least in part, to their effect on L-type $Ca^{2+}$ channels.
Ion channel inhibitors are widely used for pharmacological discrimination between the different channel types as well as for determination of their functional role. In the present study, we tested the hypothesis that 4-aminopyridine (4-AP) could affect the large conductance $Ca^{2+}$-activated $K^+$ channel ($BK_{Ca}$) currents using perforated-patch or cell-attached configuration of patch-clamp technique in the rabbit pulmonary arterial smooth muscle. Application of 4-AP reversibly inhibited the spontaneous transient outward currents (STOCs). The reversal potential and the sensitivity to charybdotoxin indicated that the STOCs were due to the activation of $BK_{Ca}$. The $BK_{Ca}$ currents were recorded in single channel resolution under the cell-attached mode of patch-clamp technique for minimal perturbation of intracellular environment. Application of 4-AP also inhibited the single $BK_{Ca}$ currents reversibly and dose-dependently. The membrane potential of rabbit pulmonary arterial smooth muscle cells showed spontaneous transient hyperpolarizations (STHPs), presumably due to the STOC activities, which was also inhibited by 4-AP. These results suggest that 4-AP can inhibit $BK_{Ca}$ currentsin the intact rabbit vascular smooth muscle. The use of 4-AP as a selective voltage-dependent $K^+$ (KV) channel blocker in vascular smooth muscle, therefore, must be reevaluated.
Kim, Jong-Yoon;Kim, Sung-Joon;Kang, Tong-Mook;Lee, Sang-Jin;Jun, Jae-Yeoul;So, In-Suk;Kim, Ki-Whan
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.2
no.3
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pp.361-368
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1998
The spontaneous contractions of gastric smooth muscles are regulated by slow waves, which are modulated by both nervous system and humoral agents. This study was designed to examine the effects of prostaglandin $E_2$ ($PGE_2$) on the contractile and electrical activities of antral smooth muscles in guinea-pig stomach, using an intracellular recording technique. To elucidate the underlying mechanism for its effect on contractility, ionic currents were also measured using a whole-cell patch clamp method. The basal tone by $PGE_2$ was variable, whereas the magnitude of phasic contractions was reduced ($19.0{\pm}2.1%$, n=19). The resting membrane potentials were hyperpolarized ($-4.4{\pm}0.5%$ mV, n=10), and plateau potentials were lowered ($-2.9{\pm}0.5%$ mV, n=10). In most cases, however, the initial peak potentials of slow waves were depolarized more by $PGE_2$ than those of control. The frequency of the slows wave was increased from $5.7{\pm}0.2$ cycles/min to $6.5{\pm}0.2$ (n=22). Voltage-operated $Ca^{2+}$ currents were decreased by $PGE_2$ (n=5). Voltage-operated $K^+$ currents, both Ca-dependent and Ca-independent, were increased (n=5). These results suggest that $PGE_2$ plays an important role in the modulation of gastric smooth muscle activities, and its inhibitory effects on the contractility and activities of slow waves are resulted from both decrease of $Ca^{2+}$ currents and increase of $K^+$ currents.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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