Potassium channels, the largest group of pore proteins, selectively regulate the flow of potassium ($K^+$) ions across cell membranes. The activity and expression of $K^+$ channels are critical for the maintenance of normal functions in vessels and neurons, and for the regulation of cell differentiation and maturation. However, their role and expression in stem cells have been poorly understood. In this study, we isolated perivascular stem cells (PVCs) from human umbilical cords and investigated the expression patterns of big-conductance $Ca^{2+}$-activated $K^+$ ($BK_{Ca}$) and voltage-dependent $K^+$ ($K_v$) channels using the reverse transcription polymerase chain reaction. We also examined the effect of high glucose (HG, 25 mM) on expression levels of $BK_{Ca}$ and $K_v$ channels in PVCs. $K_{Ca}1.1$, $K_{Ca}{\beta}_3$, $K_v1.3$, $K_v3.2$, and $K_v6.1$ were detected in undifferentiated PVCs. In addition, HG treatment increased the amounts of $BK_{Ca}{\beta}_{3a}$, $BK_{Ca}{\beta}_4$, $K_v1.3$, $K_v1.6$, and $K_v6.1$ transcripts. These results suggested that ion channels may have important functions in the growth and differentiation of PVCs, which could be influenced by HG exposure.
계배 limb bud간충직 연골원성 세포로부터 연골원세포로의 분화과정에서 Ca2+의 역할을 추구해 보기 위하여 Hamburger-Hamilton stage 23/24의 계배 limb bud간충직세포들을 미세배양법으로 배양하면서, Ca2+, calcium ionophore인 A23187, calcium channel blocker인 D600을 각각 농도 및 처리기간을 변화시켜 처리하면서 연골화의 정도를 검정하여, 연골세포 분화에 미치는 Ca2+의 작용양상을 분석하였다. 그 결과 Ca2+은 3 mM의 농도로 배양초기에 처리하였을 때 가장 효과적으로 연골화를 촉진하였으며, A23187(0.05 $\mu$ M) 처리는 세포내로 Ca2+유입을 증가시켜 연골화를 촉진시킨 반면, D6OO(30 $\mu$ M이하) 처리는 세포내로 Ca2+ 유입을 차단시킴으로서 연골화를 억제하는 것으로 나타났다. 이러한 결과에 따른 세포내로의 칼슘 유입 변화는 45Ca로 확인하였다. 그러므로 Ca2+에 의한 간충직세포의 연골세포로의 분화촉진 작용은 Ca2+이 연골화의 응집시기에 세포간의 접촉을 유도할 뿐만 아니라 배양 초기에 Ca2+이 세포 내로 들어감으로써 수반되는 일련의 기작에 의한 것임을 알았다.
The X-ray structure of the cydodextrin-glucanotransferase of Bacillus macerans was solved by molecular replacement at 2.0 ${\AA}$ resolution. The refined structure has a crystallographic R-factor of 16.6%, (R$\sub$free/ = 20.5%). A new metal binding site occupied by two Ca$\^$2+/-ions was found at an accession channel of the active site. There is a large accumulation of negative charges that bind these Ca$\^$2+/-ions, thereby connecting segment ${\beta}$13-${\alpha}$G (residue 254-276) to the main body of domain A (at ${\alpha}$H, residue 283-297). The segment 313-${\alpha}$G contains the catalytic residue Glu258 between subsite 1 and -1 and Tyr260 (subsite 2) which is located at the entrance of the active site. The Ca$\^$2+/-site 3a,b may have a major role for the activity and specificity of this CGTase, although it is not even conserved for the a-subclass of CGTases.
The effects of membrane surface charge originated from lipid head groups on ion channels were tested by analyzing the activity of single large conductance $Ca^{2+}-activated\;K^+$ (maxi K) channel from rat skeletal muscle. The conductances and open-state probability ($P_o$) of single maxi K channels were compared in three types of planar lipid bilayers formed from a neutral phosphatidylethanolamine (PE) or two negatively-charged phospholipids, phosphatidylserine (PS) and phosphatidylinositol (PI). Under symmetrical KCl concentrations $(3{\sim}1,000\;mM)$, single channel conductances of maxi K channels in charged membranes were $1.1{\sim}1.7$ times larger than those in PE membranes, and the differences were more pronounced at the lower ionic strength. The average slope conductances at 100 mM KCl were $251{\pm}9.9$, $360{\pm}8.7$ and $356{\pm}12.4$$(mean{\pm}SEM)$ pS in PE, PS and PI membranes respectively. The potentials at which $P_o$ was 1/2, appeared to have shifted left by 40 mV along voltage axis in the membranes formed with PS or PI. Such shift was consistently seen at pCa 5, 4.5, 4 and 3.5. Estimation of the effect of surface charge from these data indicated that maxi K channels sensed the surface potentials at a distance of $8{\sim}9\;{\AA}$ from the membrane surface. In addition, similar insulation distance ($7{\sim}9\;{\AA}$) of channel mouth from the bilayer surface charge was predicted by a 3-barrier-2-site model of energy profile for the permeation of $K^+$ ions. In conclusion, despite the differences in structure and fluidity of phospholipids in bilayers, the activities of maxi K channels in two charged membranes composed of PS or PI were strikingly similar and larger than those in bilayers of PE. These results suggest that the enhancement of conductance and $P_o$ of maxi channels is mostly due to negative charges in the phospholipid head groups.
Cytolysin produced by Vibrio vulnificus has been incriminated as one of the important virulence determinants in V. vulnificus infection. Ion selectivity of cytolysin-induced pores was examined in a CPAE cell, a cell line of pulmonary endothelial cell, using inside-out patch clamp techniques. In symmetrical NaCl concentration (140 mM), intracellular or extracellular application of cytolysin formed ion-permeable pores with a single channel conductance of $37.5{\pm}4.0$ pS. The pore currents were consistently maintained after washout of cytolysin. Replacement of $Na^+$ in bath solution with monovalent ions $(K^+,\;Cs^+\;or\;TEA^+)$ or with divalent ions $(Mg^{2+},\;Ca^{2+})$ did not affect the pore currents. When the NaCl concentration in bath solution was lowered from 140 to 60 and 20 mM, the reversal potential shifted from 0 to -11.8 and -28.2 mV, respectively. The relative permeability of the cytolysin pores to anions measured at $-40\;mV\;was\;Cl^-\;=\;NO_2^-\;{\geq}\;Br^-\;=\;I^-\;> \;SCN^-\;>\;acetate^-\;>\;isethionate^-\;>\;ascorbic acid^-\;>\;EDTA^{2-},$ in descending order. The cytolysin-induced pore current was blocked by $CI^-$ channel blockers or nucleotides. These results indicate that V. vulnificus cytolysin forms anion-selective pores in CPAE cells.
Park, Hyun Soo;Hong, Chansik;Kim, Byung Joo;So, Insuk
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.18
no.1
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pp.15-23
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2014
Transient receptor potential melastatin 7 (TRPM7) is a member of the melastatin-related subfamily and contains a channel and a kinase domain. TRPM7 is known to be associated with cell proliferation, survival, and development. It is ubiquitously expressed, highly permeable to $Mg^{2+}$ and $Ca^{2+}$, and its channel activity is negatively regulated by free $Mg^{2+}$ and Mg-complexed nucleotides. Recent studies have investigated the relationships between TRPM7 and a number of diseases. TRPM7 regulates cell proliferation in several cancers, and is associated with ischemic cell death and vascular smooth muscle cell (VSMC) function. This review discusses the physiologic and pathophysiologic functions and significance of TRPM7 in several diseases.
The antifungal mechanism of the antifungal peptide against Aspergillus fumigatus, $K^{18,19}$-CA(l-8)-ME(l-12), derived from cecropin A(l-8)-melittin(l-12) was investigated by confocal laser scanning microscopy, cell wall regeneration, ATPase activity inhibition, and released potassium ion. By confocal laser scanning microscopy, $K^{18,19}$-CA(l-8)-ME(l-12) was detected on the surface of A. fumigatus, while cecropin A used as a negative control peptide was not detected. The protoplast of A. fumigatus treated with$K^{18,19}$-CA(1-8)-ME(1-12) failed to regenerate the fungal cell walls. Compared with cecropin A, the amount of potassium ion released by $K^{18,19}$-CA(l-8)-ME(l-12) was increased. Furthermore, $K^{18,19}$-CA(l-8)-ME(l-12) inhibited the ATPase activity on the plasma membrane. These results suggested that $K^{18,19}$-CA(l-8)-ME(1-12) acts on the plasma membrane of A. fumigatus and its antifungal action is due to the ion channel or pore formation on the plasma membrane.
Excessive influx and the subsequent rapid cytosolic elevation of $Ca^{2+}$ in neurons is the major cause to induce hyperexcitability and irreversible cell damage although it is an essential ion for cellular signalings. Therefore, most neurons exhibit several cellular mechanisms to homeostatically regulate cytosolic $Ca^{2+}$ level in normal as well as pathological conditions. Delayed rectifier $K^+$ channels ($I_{DR}$ channels) play a role to suppress membrane excitability by inducing $K^+$ outflow in various conditions, indicating their potential role in preventing pathogenic conditions and cell damage under $Ca^{2+}$-mediated excitotoxic conditions. In the present study, we electrophysiologically evaluated the response of $I_{DR}$ channels to hyperexcitable conditions induced by high $Ca^{2+}$ pretreatment (3.6 mM, for 24 hours) in cultured hippocampal neurons. In results, high $Ca^{2+}$-treatment significantly increased the amplitude of $I_{DR}$ without changes of gating kinetics. Nimodipine but not APV blocked $Ca^{2+}$-induced $I_{DR}$ enhancement, confirming that the change of $I_{DR}$ might be targeted by $Ca^{2+}$ influx through voltage-dependent $Ca^{2+}$ channels (VDCCs) rather than NMDA receptors (NMDARs). The VDCC-mediated $I_{DR}$ enhancement was not affected by either $Ca^{2+}$-induced $Ca^{2+}$ release (CICR) or small conductance $Ca^{2+}$-activated $K^+$ channels (SK channels). Furthermore, PP2 but not H89 completely abolished $I_{DR}$ enhancement under high $Ca^{2+}$ condition, indicating that the activation of Src family tyrosine kinases (SFKs) is required for $Ca^{2+}$-mediated $I_{DR}$ enhancement. Thus, SFKs may be sensitive to excessive $Ca^{2+}$ influx through VDCCs and enhance $I_{DR}$ to activate a neuroprotective mechanism against $Ca^{2+}$-mediated hyperexcitability in neurons.
CA(1-8)-ME(1-12) [CA-ME], composed of cecropin A(1-8) and melittin(1-12), is a synthetic antimicrobial peptide having potent antibacterial and antitumor activities with minimal hemolytic activity. In order to investigate the effects of the flexible hinge sequence, Gly-Ile-Gly, of CA-ME on antibiotic activity, CA-ME and three analogues, CA-ME1, CA-ME2, and CA-ME3, were synthesized. The Gly-Ile-Gly sequence of Ca-ME was deleted in CA-ME1 and replaced with Pro and Gly-Pro-Gly in CA-ME2 and CA-ME3, respectively. CA-ME1 and CA-ME3 showed a significant decrease in antitumor activity and phospholipid vesicle-disrupting ability. However, CA-ME2 showed similar antitumor and vesicle-disrupting activities, as compared with CA-ME. These results suggest that the flexibility or ${\beta}$-turn induced by Gly-Ile-Gly or Pro in the central part of CA-ME may be important in the electrostatic interaction of the N-terminus cationic ${\alpha}$-helical region with the cell membrane surface and the hydrophobic interaction of the C-terminus amphipathic ${\alpha}$-helical region with the hydrophobic acyl chains in the cell membrane. CA-ME3 exhibited lower antitumor and vesicle-disrupting activities than CA-ME and CA-ME2. This result suggests that the excessive ${\beta}$-turn structure caused by the Gly-Pro-Gly sequence in CA-ME3 seems to interrupt ion channel/pore formation in the lipid bilayer. We concluded that the appropriate flexibility or bilayer. We concluded that the appropriate flexibility or ${\beta}$-turn structure provided by the central hinge is responsible for the effective antibiotic activity of the antimicrobial peptides with the helix-hinge-helix structure.
Kim, Jong-Kok;Han, Woo-Ha;Lee, Moo-Yeol;Myung, Soon-Chul;Kim, Sae-Chul;Kim, Min-Ky
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.12
no.2
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pp.73-77
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2008
Recent studies have documented that testosterone relaxes several smooth muscles by modulating $K^+$ channel activities. Smooth muscles of seminal vesicles playa fundamental role in ejaculation, which might involve testosterone. This study was aimed to assess the role of testosterone in seminal vesicular motility by studying its effects on contractile agents and on the ion channels of single vesicular myocytes in a rabbit model. The contractile responses of circular smooth muscle strips of rabbit seminal vesicles to norepinephrine ($10{\mu}M$), a high concentration of KCI (70 mM), and testosterone ($10{\mu}M$) were observed. Single vesicular myocytes of rabbit were isolated using proteolytic enzymes including collagenase and papain. Inside-out, attached, and whole-cell configurations were examined using the patch clamp technique. The applications of $10{\mu}M$ norepinephrine or 70 mM KCl induced tonic contractions, and $10{\mu}M$ testosterone (pharmacological concentration) evoked dose-dependent relaxations of these precontracted strips. Various $K^+$ channel blockers, such as tetraethylammonium (TEA; $10{\mu}M$), iberiotoxin ($0.1{\mu}M$), 4-aminopyridine (4-AP, $10{\mu}M$), or glibenclamide ($10{\mu}M$) rarely affected these relaxations. Single channel data (of inside-out and attached configurations) of BK channel activity were also hardly affected by testosterone ($10{\mu}M$). On the other hand, however, testosterone reduced L-type $Ca^{2+}$ currents significantly, and found to induce acute relaxation of seminal vesicular smooth muscle and this was mediated, at least in part, by $Ca^{2+}$ current inhibition in rabbit.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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