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.
이상의 실험결과들을 요약하면, CFA를 안면영역 피하로 주입하여 발생한 염증성 통증 행위반응은 P2X 수용체의 억제제의 투여로 감소할 수 있었다. 특히 $P2X_7$ 수용체 억제제를 투여하면 진통작용 뿐 아니라 활성화된 신경아교세포 발현을 억제하였다. 이러한 실험 결과는 $P2X_7$ 수용체가 신경아교세포에 영향을 미쳐 안면에서 발생하는 만성 염증성 통증의 발생과 유지에 관여하고 있다는 것을 보여준다. 따라서 중추신경계의 신경아교세포를 조절할 수 있는 중추성 $P2X_7$ 수용체 작용기전은 임상에서 만성 염증성 통증을 보다 효과적으로 치료할 수 있는 새로운 방법을 제시해 줄 수 있다고 생각된다.
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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제12권6호
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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)은 $17^{\circ}C$보다 낮은 유해한 온도 및 자극적인 화합물에 의해 활성화되며 통각을 조절한다. 그러나 TRPA1에 의한 통각정보가 어떻게 처리되는지에 대한 정보는 많이 알려져 있지 않다. 본 연구에서는 흰쥐의 삼차신경절에서 TRPA1을 발현하는 신경세포의 특성을 규명하기 위해서, 면역형광기법을 사용하여 TRPA1을 발현하는 신경세포에서 다른 통각수용기들에서 발현되며, 특징적인 기능을 수행하는 수용기인 transient receptor potential vanilloid 1 (TRPV1)와 $P2X_3$와의 발현양상을 조사하였다. TRPA1을 발현하는 신경세포에서 열감각수용기이며, 통각표지자인 TRPV1과의 공존을 조사해 본 결과, TRPA1 면역양성 신경세포 중에서 58.8% (328/558)가 TRPV1을 동시에 발현하였으며, 41.2% (230/558)가 TRPA1만 발현하고 TRPV1을 발현하지 않았다. TRPA1을 발현하는 신경세포 중 TRPV1을 동시에 발현하는 신경세포는 대부분 작거나 중간크기였다. 또한 TRPA1과 조직의 손상, 그리고 염증 시 분비되는 ATP와 결합하는 $P2X_3$와의 공존을 조사해 본 결과, TRPA1 면역양성 신경세포 중에서 26.1% (310/1186)의 신경세포에서 $P2X_3$을 동시에 발현하였으며, 73.9% (876/1186)의 신경세포에서 TRPA1만 발현하였다. TRPA1을 발현하는 신경세포 중 $P2X_3$을 동시에 발현하는 신경세포는 대부분 작거나 중간크기였다. 이러한 결과는 TRPA1을 발현하는 신경세포가 TRPV1 또는 $P2X_3$를 동시에 발현함으로써 동일한 신경세포가 구강안면영역에서의 냉통각 및 열통각을 조절할 뿐 아니라, 냉통각 및 염증성동통을 동시에 전달하는 등 하나의 신경세포가 여러 가지 통각의 전달에 관여하는 것을 시사한다.
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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제36권3호
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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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