Adenosine 5'-triphosphate (ATP) is an important extracellular signaling molecule which is involved in a variety of physiological responses in many different tissues and cell types, by acting at P2 receptors, either ionotropic (P2X) or G protein-coupled metabotropic receptors (P2Y). P2X receptors have seven isoforms designated as $P2X_{1^-}P2X_7$. In this study, we investigated the electrophysiological and pharmacological properties of rat $P2X_{1^-}P2X_4$ currents by using whole-cell patch clamp technique in a heterologous expression system. When ATP-induced currents were analyzed in human embryonic kidney (HEK293) cells following transient transfection of rat $P2X_{1^-}P2X_4$, the currents showed different pharmacological and electrophysiological properties. ATP evoked inward currents with fast activation and fast desensitization in $P2X_{^1-}$ or $P2X_{3^-}$ expressing HEK293 cells, but in $P2X_{2^-}$ or $P2X_{4^-}$ expressing HEK293 cells, ATP evoked inward currents with slow activation and slow desensitization. While PPADS and suramin inhibited $P2X_2$ or $P2X_3$ receptor-mediated currents, they had little effects on $P2X_4$ receptor-mediated currents. Ivermectin potentiated and prolonged $P2X_4$ receptor-mediated currents, but did not affect $P2X_2$ or $P2X_3$ receptor-mediated currents. We suggest that distinct pharmacological and electrophysiological properties among P2X receptor subtypes would be a useful tool to determine expression patterns of P2X receptors in the nervous system including trigeminal sensory neurons and microglia.
P2X receptors are membrane-bound ion channels that conduct $Na^+,\;K^+$, and $Ca^{2+}$ in response to ATP and its analogs. There are seven subunits identified so far ($P2X_1-P2X_7$). $P2X_2$ receptors are known to be expressed in a wide range of organs including brains and adrenal grands. PC12 cells are originated from adrenal grand and differentiated by nerve growth factor or pituitary adenylate cyclase activating poly peptide (PACAP). Previous studies indicate that $P2X_2$ receptor activation in PC12 cells couples to $Ca^{2+}-dependent$ release of catecholamine and ATP. It is known that acidic pH potentiates ATP currents at $P2X_2$ receptors. This leads to a hypothesis that $P2X_2$ receptors may play an important role in PC12 cell differentiation, one of the characteristics of which is neurite outgrowth, induced by the hormones under lower pH. In the present study, we isolated several clones which potentiate neurite outgrowth by PACAP in acidic pH (6.8), but not in alkaline pH (7.6). RT-PCR and electrophysiology data indicate that these clones express only functional $P2X_2$ receptors in the absence or presence of PACAP for 3 days. Potentiation of neurite outgrowth resulted from PACAP (100 nM) in acidic pH is inhibited by the two P2X receptor antagonists, suramin and PPADS ($100\;{\mu}M)$ each), and exogenous exprerssion of ATP-binding mutant $P2X_2$ receptor subunit ($P2X_2[K69A]$). However, acid sensing ion channels (ASICs) are not involved in PACAP-induced neurite outgrowth potentiation in lower pH since treatments of an inhibitor of ASICs, amyloride ($10\;{\mu}M$), did not give any effects to neurite extension. The vesicular proton pump ($H^+-ATPase$) inhibitor, bafilomycin (100 nM), reduced neurite extension indicating that ATP release resulted from $P2X_2$ receptor activation in PC12 cells is needed for neurite outgrowth. These were confirmed by activation of mitogen activated protein kinases, such as ERKs and p38. These results suggest roles of ATP and $P2X_2$ receptors in hormone-induced cell differentiation or neuronal synaptogenesis in local acidic environments.
P2X receptors are ATP-activated ion channels in the plasma membrane. P2X receptors have a role in a diverse range of disorders, making them a valuable therapeutic target. Hence, the present investigation employed homology modelling of the P2X receptor based on the crystal structure of 5SVJ, 6AH4, 5YVE and 5SVL. Twenty models, using both single- and multiple template-based methods, were developed, and the best model was chosen based on the validation result. We observed that a strategy based on multiple templates provided greater accuracy. Future studies involving binding site and docking analysis can make use of the produced structures.
We investigated the role of central P2X receptors in inflammatory pain transmission in the orofacial area in rats. Experiments were carried out using male Sprague-Dawley rats weighing 230-280g. Complete Freund's adjuvant (CFA, $40{\mu}L$) was applied subcutaneously to the vibrissa pad to produce inflammatory pain. The intracisternal administration of iso-PPADS tetrasodium salt, a non-selective P2X receptor antagonist, A317491 sodium salt hydrate, a $P2X_{2/3}$ receptor antagonist, 5-BDBD, a $P2X_4$ receptor antagonist, or A438079 hydrochloride, a $P2X_7$ receptor antagonist, was performed 5 days after CFA injection. Subcutaneous injections of CFA produced increases in thermal hypersensitivity. Intracisternal injections of iso-PPADS ($25{\mu}g$) or A438079 (25 or $50{\mu}g$) produced significant anti-hyperalgesic effects against thermal stimuli compared to the vehicle group. A317491 or 5-BDBD did not affect the head withdrawal latency times in rats showing an inflammatory response. Subcutaneous injections of CFA resulted in the up-regulation of OX-42, a microglia marker, and GFAP, an astrocyte marker, in the medullary dorsal horn. The intracisternal administration of A438079 reduced the numbers of activated microglia and astrocytes in the medullary dorsal horn. These results suggest that a blockade of the central $P2X_7$ receptor produces antinociceptive effects, mediated by inhibition of glial cell function in the medullary dorsal horn. These data also indicate that central $P2X_7$ receptors are potential targets for future therapeutic approaches to inflammatory pain in the orofacial area.
Li, Hai Ying;Lee, Byung-Ky;Kim, Joong-Soo;Jung, Sung-Jun;Oh, Seog-Bae
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.12
no.6
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pp.315-321
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2008
Eugenol is widely used in dentistry to relieve pain. We have recently demonstrated voltage-gated $Na^+$ and $Ca^{2+}$ channels as molecular targets for its analgesic effects, and hypothesized that eugenol acts on $P2X_3$, another pain receptor expressed in trigeminal ganglion (TG), and tested the effects of eugenol by whole-cell patch clamp and $Ca^{2+}$ imaging techniques. In the present study, we investigated whether eugenol would modulate 5'-triphosphate (ATP)-induced currents in rat TG neurons and $P2X_3$-expressing human embryonic kidney (HEK) 293 cells. ATP-induced currents in TG neurons exhibited electrophysiological properties similar to those in HEK293 cells, and both ATP- and $\alpha$, $\beta$-meATP-induced currents in TG neurons were effectively blocked by TNP-ATP, suggesting that $P2X_3$ mediates the majority of ATP-induced currents in TG neurons. Eugenol inhibited ATP-induced currents in both capsaicin-sensitive and capsaicin-insensitive TG neurons with similar extent, and most ATP-responsive neurons were IB4-positive. Eugenol inhibited not only $Ca^{2+}$ transients evoked by $\alpha$, $\beta$-meATP, the selective $P2X_3$ agonist, in capsaicin-insensitive TG neurons, but also ATP-induced currents in $P2X_3$-expressing HEK293 cells without co-expression of transient receptor potential vanilloid 1 (TRPV1). We suggest, therefore, that eugenol inhibits $P2X_3$ currents in a TRPV1-independent manner, which contributes to its analgesic effect.
Transient receptor potential ankyrin 1 (TRPA1), responding to noxious cold (${\leq}17^{\circ}C$) and pungent compounds, is implicated in nociception, but little is known about the coexpression of TRPA1 and other channels or receptors involved in the nociception in craniofacial regions. To address this issue, we characterized the TRPA1-immunopositive (+) neurons in the rat trigeminal ganglion (TG) and investigated their colocalization with other proteins known to be expressed in nociceptive neurons, such as transient receptor potential vanilloid (TRPV1) and $P2X_3$ receptor, using light microscopic immunofluorescence labeling method with TRPA1 and TRPV1 or $P2X_3$ antisera. The majority of TRPA1+ neurons costained for TRPV1 (TRPV1+/TRPA1+; 58.8%, 328/558) and 41.2% only expressed TRPA1 but not TRPV1. The TRPV1+/TRPA1+ neurons were small and medium sized. In addition, we investigated the colocalization of TRPA1 with $P2X_3$, a nonselective cation channel activated by ATP that may be released in the extracellular space as a result of tissue damage and inflammation. Among all TRPA1+ TG neurons, 26.1% (310/1186) costained for $P2X_3$, whereas 73.9% (876/1186) of TRPA1+ neurons did not coexpress $P2X_3$. $P2X_3$+/TRPA1+ neurons were predominantly small and medium sized. These results suggest that TRPA1+ neurons coexpressing TRPV1 or $P2X_3$ are involved in specific roles in the transmission and processing of orofacial nociceptive information by noxious cold, heat, and inflammation.
Proceedings of the Korean Biophysical Society Conference
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2003.06a
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pp.55-55
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2003
P2X$_3$ receptor, a member of P2 purine receptors, is a ligand-gated ion channel activated by extracellular ATP as an endogenous ligand, and highly localized in peripheral and central sensory neurons. The activation of P2X3 receptor by ATP as the pronociceptive effect has been known to initiate the pain signaling involved in chronic inflammatory nociception and neuropathic pain by nerve injury, implicating the possibility of new drug development to control pains. In this study, we have developed a two electrode voltage clamp (TEVC) assay system to evaluate the inhibitory activity of several newly synthesized PPADS and a novel non-ionic antagonist against ATP activation of human P2X3 receptor. PPADS derivatives include several pyridoxine and pyridoxic acid analogs to study the effects of phosphate and aldehyde functional groups in PPADS. All new PPADS analogs were less potent than PPADS at human P2X$_3$ receptors, however, LDD130, a non-ionic analog showed potent antagonistic property with $IC_{50}$/ of 8.34 pM. In order to uncover the structure activity relationships of LDD130, and design new structural analogs, we synthesized and investigated a few structural variants of LDD130, and the results will be discussed in this presentation.
High concentrations of ATP induce membrane blebbing. However, the underlying mechanism involved in epithelial cells remains unclear. In this study, we investigated the role of the P2X7 receptor (P2X7R) in membrane blebbing using Par C5 cells. We stimulated the cells with 5 mM of ATP for 1${\sim}$2 hrs and found the characteristics of membrane blebbing, a hallmark of apoptotic cell death. In addition, 500 ${\mu}M$ Bz-ATP, a specific P2X7R agonist, induced membrane blebbing. However, 300 ${\mu}M$ of Ox-ATP, a P2X7R antagonist, inhibited ATP-induced membrane blebbing, suggesting that ATP-induced membrane blebbing is mediated by P2X7R. We found that ATP-induced membrane blebbing was mediated by ROCK I activation and MLC phosphorylation, but not by caspase-3. Five mM of ATP evoked a biphasic $[Ca^{2+}]_i$ response; a transient $[Ca^{2+}]_i$ peak and sustained $[Ca^{2+}]_i$ increase secondary to ATP-stimulated $Ca^{2+}$ influx. These results suggest that P2X7R plays a role in membrane blebbing of the salivary gland epithelial cells.
Park, Min-Kyoung;Song, Hyun-Chul;Yang, Kui-Ye;Ju, Jin-Sook;Ahn, Dong-Kuk
International Journal of Oral Biology
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v.36
no.3
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pp.143-148
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2011
The present study investigated the role of peripheral P2X receptors in inflammatory pain transmission in the orofacial area in rats. Experiments were carried out on male Sprague-Dawley rats weighing 220 to 280 g. Formalin (5%, 50 ${\mu}L$) and complete Freund's adjuvant (CFA, 25 ${\mu}L$) was applied subcutaneously to the vibrissa pad to produce inflammatory pain. TNP-ATP, a $P2X_{2,2/3,4}$ receptor antagonist, or OX-ATP, a $P2X_7$ receptor antagonist, was then injected subcutaneously at 20 minutes prior to formalin injection. One of the antagonists was administered subcutaneously at three days after CFA injection. The subcutaneous injection of formalin produced a biphasic nociceptive behavioral response. Subcutaneous pretreatment with TNP-ATP (80, 160 or 240 ${\mu}g$) significantly suppressed the number of scratches in the second phase produced by formalin injection. The subcutaneous injection of 50 ${\mu}g$ of OX-ATP also produced significant antinociceptive effects in the second phase. Subcutaneous injections of CFA produced increases in mechanical and thermal hypersensitivity. Both TNP-ATP (480 ${\mu}g$) and OX-ATP (100 ${\mu}g$) produced an attenuation of mechanical hypersensitivity. However, no change was observed in thermal hypersensitivity after the injection of either chemical. These results suggest that the blockade of peripheral P2X receptors is a potential therapeutic approach to the onset of inflammatory pain in the orofacial area.
The present study focused on the potential mechanism of betulin (BT), a pentacyclic triterpenoid isolated from the bark of white birch (Betula pubescens), against chronic alcohol-induced lipid accumulation and metaflammation. AML-12 and RAW 264.7 cells were administered ethanol (EtOH), lipopolysaccharide (LPS) or BT. Male C57BL/6 mice were fed Lieber-DeCarli liquid diets containing 5% EtOH for 4 weeks, followed by single EtOH gavage on the last day and simultaneous treatment with BT (20 or 50 mg/kg) by oral gavage once per day. In vitro, MTT showed that 0-25 mM EtOH and 0-25 µM BT had no toxic effect on AML-12 cells. BT could regulate sterolregulatory-element-binding protein 1 (SREBP1), lipin1/2, P2X7 receptor (P2X7r) and NOD-like receptor family, pyrin domains-containing protein 3 (NLRP3) expressions again EtOH-stimulation. Oil Red O staining also indicated that BT significantly reduced lipid accumulation in EtOH-stimulated AML-12 cells. Lipin1/2 deficiency indicated that BT might mediate lipin1/2 to regulate SREBP1 and P2X7r expression and further alleviate lipid accumulation and inflammation. In vivo, BT significantly alleviated histopathological changes, reduced serum alanine aminotransferase (ALT) and aspartate aminotransferase (AST) and triglyceride (TG) levels, and regulated lipin1/2, SREBP1, peroxisome proliferator activated receptor α/γ (PPARα/γ) and PGC-1α expression compared with the EtOH group. BT reduced the secretion of inflammatory factors and blocked the P2X7r-NLRP3 signaling pathway. Collectively, BT attenuated lipid accumulation and metaflammation by regulating the lipin1/2-mediated P2X7r signaling pathway.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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