Shilajit, a medicine herb commonly used in Ayurveda, has been reported to contain at least 85 minerals in ionic form that act on a variety of chemical, biological, and physical stressors. The substantia gelatinosa (SG) neurons of the trigeminal subnucleus caudalis (Vc) are involved in orofacial nociceptive processing. Shilajit has been reported to be an injury and muscular pain reliever but there have been few functional studies of the effect of Shilajit on the SG neurons of the Vc. Therefore, whole cell and gramicidin-perfotrated patch clamp studies were performed to examine the action mechanism of Shilajit on the SG neurons of Vc from mouse brainstem slices. In the whole cell patch clamp mode, Shilajit induced short-lived and repeatable inward currents under the condition of a high chloride pipette solution on all the SG neurons tested. The Shilajit-induced inward currents were concentration dependent and maintained in the presence of tetrodotoxin (TTX), a voltage gated $Na^+$ channel blocker, CNQX, a non-NMDA glutamate receptor antagonist, and AP5, an NMDA receptor antagonist. The Shilajit-induced responses were partially suppressed by picrotoxin, a $GABA_A$ receptor antagonist, and totally blocked in the presence of strychnine, a glycine receptor antagonist, however not affected by mecamylamine hydrochloride (MCH), a nicotinic acetylcholine receptor antagonist. Under the potassium gluconate pipette solution at holding potential 0 mV, Shilajit induced repeatable outward current. These results show that Shilajit has inhibitory effects on the SG neurons of Vc through chloride ion channels by activation of the glycine receptor and $GABA_A$ receptor, indicating that Shilajit contains sedating ingredients for the central nervous system. These results also suggest that Shilajit may be a potential target for modulating orofacial pain processing.
신경계의 뉴런 구조는 흥분 뉴런과 억제 뉴런으로 구성되며 각각의 흥분 뉴런과 억제 뉴런은 주동근 뉴런(agonistic neuron)에 의해 활성화되며 길항근 뉴런(antagonist neuron)에 의해 비활성화 된다. 본 논문에서는 인간 신경계의 생리학적 뉴런 구조를 분석하여 퍼지 논리를 이용한 생리학적 퍼지 신경망을 제안한다. 제안된 구조는 주동근 뉴런에 의해 흥분 뉴런이 될 수 있는 뉴런들을 선택하여 흥분시켜 출력층으로 전달하고 나머지 뉴런들을 억제시켜 출력층에 전달시키지 않는다. 신경계를 기반으로 한 제안된 생리학적 퍼지 신경망의 학습구조는 입력층, 학습 데이터의 특징을 분류하는 중간층, 그리고 출력 층으로 구성된다. 제안된 퍼지 신경망의 학습 및 인식 성능을 평가하기 위해 정확성이 요구되는 의학의 한 분야인 기관지 편평암 영상 인식과 영상 인식의 주요 응용 분야인 차량번호판 인식에 적용하여 기존의 신경망과 성능을 비교 분석하였다. 실험 결과에서는 제안된 생리학적 퍼지 신경망이 기존의 신경망보다 학습 시간과 수렴성이 개선되었을 뿐만 아니라, 인식에 있어서도 우수한 성능이 있음을 확인하였다.
Galanin (Gal) is a 29-amino-acid neuropeptide which is expressed in superior cervical ganglion (SCG) neurons and plays a trophic role in the adult animal and acts as an inhibitory modulator of cholinergic and noradrenergic neurotransmission. Whether activation or inhibition of alpha-adrenoreceptors infl uences Gal mRNA expression in SCG neurons remains unknown. Here, we have evaluated the possible regulation of Gal mRNA expression with acute (4 h) and chronic (4 days) stimulation of alpha 1- and alpha 2-adrenoreceptor agonists or antagonists in primary cultured SCG neurons. The results showed that the amount of Gal mRNA expression in cultured SCG neurons increased signifi cantly after chronic stimulation with alpha 2-adrenoreceptor antagonist yohimbine compared with control SCG neurons at the same time point, whereas the amount of Gal mRNA expression decreased signifi cantly after chronic stimulation with alpha 2-adrenoreceptor agonist clonidine as compared with that in control group. All these effects were not dose-dependent on the administration of alpha 2-adrenoreceptor agonist clonidine or alpha 2-adrenoreceptor antagonist yohimbine. Alpha 1-adrenoreceptor agonist phenylephrine or antagonist prazosin chronic stimulation did not have effects on Gal mRNA expression. Acute exposure of these agents did not have effects on Gal mRNA expression. The present study showed that Gal may be regulated by activation or inhibition of alpha 2-adrenoreceptors, but not alpha 1-adrenoreceptors in sympathetic neurons.
Glutamate (Glu) receptor-mediated excitoxicity has been implicated in many acute and chronic types of neurological disorders. Exposure of mature rat cortical neurons (15-18 days in culture) to the various concentrations of Glu resulted in a marked neuronal death, whereas immature rat cortical neurons (4∼5 days in culture) were resistant to the Glu-induced toxicity. Glu receptor subtype-specific agonists showed differential extent of toxicity in the immature neurons. The neurons treated with NMDA or kainate (KA) did not exhibit damage. However, quisqualate (QA) treatment induced a considerable cell death (36.1%) in immature enurons. The non-NMDA antagonist DNQX did not reduce this response. Interestingly, the QA-induced toxicity was potentiated by spermine in a concentration-dependent manner. Again, the spermine-enhanced damage was not altered by the polyamine antagonist ifenprodil. Taken together, unlike NMDA or KA, QA can induce neurotoxicity in immature rat cortical neurons and the QA-induced toxicity was potentiated by spermine. The lack of antagonizing effects of DNQX and ifenprodil on QA-induced toxicity and the potentiated toxicity by spermine, respectively, implies that both QA receptor and the polyamine site of NMDA receptor may not mediate the neurotoxicity observed in this study, and that a distinct mechanism(s) may be involved in excitotoxicity in immature neurons.
Bicuculline is one of the most commonly used $GABA_A$ receptor antagonists in electrophysiological research. Because of its poor water solubility, bicuculline quaternary ammonium salts such as bicuculline methiodide (BMI) and bicuculline methbromide are preferred. However, a number of studies have shown that BMI has non-$GABA_A$ receptor-mediated effects. The substantia gelatinosa (SG) of the trigeminal subnucleus caudalis (Vc) is implicated in the processing of nociceptive signaling. In this study, we investigated whether BMI has non-GABA receptor-mediated activity in Vc SG neurons using a whole cell patch clamp technique. SG neurons were depolarized by application of BMI ($20{\mu}M$) using a high $Cl^-$ pipette solution. GABA ($30-100{\mu}M$) also induced membrane depolarization of SG neuron. Although BMI is known to be a $GABA_A$ receptor antagonist, GABA-induced membrane depolarization was enhanced by co-application with BMI. However, free base bicuculline (fBIC) and picrotoxin (PTX), a $GABA_A$ and $GABA_C$ receptor antagonist, blocked the GABA-induced response. Furthermore, BMI-induced membrane depolarization persisted in the presence of PTX or an antagonist cocktail consisting of tetrodotoxin ($Na^+$ channel blocker), AP-5 (NMDA receptor antagonist), CNQX (non-NMDA receptor antagonist), and strychnine (glycine receptor antagonist). Thus BMI induces membrane depolarization by directly acting on postsynaptic Vc SG neurons in a manner which is independent of $GABA_A$ receptors. These results suggest that other unknown mechanisms may be involved in BMI-induced membrane depolarization.
Cholinergic modulation of GABAergic spontaneous miniature inhibitory postsynaptic currents (mIPSCs) by the activation of muscarine receptors was investigated in mechanically dissociated rat nucleus basalis of the Meynert neurons using the conventional whole-cell patch recording configuration. Muscarine $(10{\mu}M)$ reversibly and concentration-dependently decreased mIPSC frequency without affecting the current amplitude distribution. Muscarine action on GABAergic mIPSCs was completely blocked by $1{\mu}M$ methoctramine, a selective $M_2$ receptor antagonist, but not by $1{\mu}M$ pirenzepine, a selective $M_1$ receptor antagonist. NEM $(10{\mu}M),$ a G-protein uncoupler, attenuated the inhibitory action of muscarine on GABAergic mIPSC frequency. Muscarine still could decrease GABAergic mIPSC frequency even in the $Ca^{2+}-free$ external solution. However, the inhibitory action of muscarine on GABAergic mIPSCs was completely occluded in the presence of forskolin. The results suggest that muscarine acts presynaptically and reduces the probability of spontaneous GABA release, and that such muscarine-induced inhibitory action seems to be mediated by G-protein-coupled $M_2$ receptors, via the reduction of cAMP production. Accordingly, $M_2$ receptor-mediated disinhibition of nBM neurons might play one of important roles in the regulation of cholinergic outputs from nBM neurons as well as the excitability of nBM neurons themselves.
Korean red ginseng (KRG) is a valuable and important traditional medicine in East Asian countries and is currently used extensively for botanical products in the world. KRG has both stimulatory and inhibitory effects on the central nervous system (CNS) suggesting its complicated action mechanisms. The substantia gelatinosa (SG) neurons of the trigeminal subnucleus caudalis (Vc) are involved in orofacial nociceptive processing. Some studies reported that KRG has antinociceptive effects, but there are few reports of the functional studies of KRG on the SG neurons of the Vc. In this study, a whole cell patch clamp study was performed to examine the action mechanism of a KRG extract on the SG neurons of the Vc from juvenile mice. KRG induced short-lived and repeatable inward currents on all the SG neurons tested in the high chloride pipette solution. The KRG-induced inward currents were concentration dependent and were maintained in the presence of tetrodotoxin, a voltage gated $Na^+$ channel blocker. The KRG-induced inward currents were suppressed by 6-cyano-7-nitroquinoxaline-2,3-dione, a non-N-methyl-D-aspartate (NMDA) glutamate receptor antagonist and/or picrotoxin, a gamma-aminobutyric acid $(GABA)_A$ receptor antagonist. However, the inward currents were not suppressed by d,l-2-amino-5-phosphonopentanoic acid, an NMDA receptor antagonist. These results show that KRG has excitatory effects on the SG neurons of the Vc via the activation of non-NMDA glutamate receptor as well as an inhibitory effect by activation of the $GABA_A$ receptor, indicating the KRG has both stimulatory and inhibitory effects on the CNS. In addition, KRG may be a potential target for modulating orofacial pain processing.
The lamina II, also called the substantia gelatinosa (SG), of the trigeminal subnucleus caudalis (Vc), is thought to play an essential role in the control of orofacial nociception. Glycine and serotonin (5-hydroxytryptamine, 5-HT) are the important neurotransmitters that have the individual parts on the modulation of nociceptive transmission. However, the electrophysiological effects of 5-HT on the glycine receptors on SG neurons of the Vc have not been well studied yet. For this reason, we applied the whole-cell patch clamp technique to explore the interaction of intracellular signal transduction between 5-HT and the glycine receptors on SG neurons of the Vc in mice. In nine of 13 neurons tested (69.2%), pretreatment with 5-HT potentiated glycine-induced current ($I_{Gly}$). Firstly, we examined with a $5-HT_1$ receptor agonist (8-OH-DPAT, $5-HT_{1/7}$ agonist, co-applied with SB-269970, $5-HT_7$ antagonist) and antagonist (WAY-100635), but $5-HT_1$ receptor agonist did not increase $I_{Gly}$ and in the presence of $5-HT_1$ antagonist, the potentiation of 5-HT on $I_{Gly}$ still happened. However, an agonist (${\alpha}$-methyl-5-HT) and antagonist (ketanserin) of the $5-HT_2$ receptor mimicked and inhibited the enhancing effect of 5-HT on $I_{Gly}$ in the SG neurons, respectively. We also verified the role of the $5-HT_7$ receptor by using a $5-HT_7$ antagonist (SB-269970) but it also did not block the enhancement of 5-HT on $I_{Gly}$. Our study demonstrated that 5-HT facilitated $I_{Gly}$ in the SG neurons of the Vc through the $5-HT_2$ receptor. The interaction between 5-HT and glycine appears to have a significant role in modulating the transmission of the nociceptive pathway.
The substantia gelatinosa (SG) of the trigeminal subnucleus caudalis (Vc) is the first relay site for the orofacial nociceptive inputs via the thin myelinated Aδ and unmyelinated C primary afferent fibers. Borneol, one of the valuable time-honored herbal ingredients in traditional Chinese medicine, is a popular treatment for anxiety, anesthesia, and antinociception. However, to date, little is known as to how borneol acts on the SG neurons of the Vc. To close this gap, the whole-cell patch-clamp technique was applied to elucidate the antinociceptive mechanism responding for the actions of borneol on the SG neurons of the Vc in mice. In the voltage-clamp mode, holding at -60 mV, the borneol-induced non-desensitizing inward currents were not affected by tetrodotoxin, a voltage-gated Na+ channel blocker, 6-cyano-7-nitro-quinoxaline-2,3-dione, a non-N-methyl-ᴅ-aspartate (NMDA) glutamate receptor antagonist and DL-2-amino-5-phosphonopentanoic acid, an NMDA receptor antagonist. However, borneol-induced inward currents were partially decreased in the presence of picrotoxin, a γ-aminobutyric acid (GABA)A receptor antagonist, or strychnine, a glycine receptor antagonist, and was almost suppressed in the presence of picrotoxin and strychnine. Though borneol did not show any effect on the glycine-induced inward currents, borneol enhanced GABA-mediated responses. Beside, borneol enhanced the GABA-induced hyperpolarization under the current-clamp mode. Altogether, we suggest that borneol contributes in part toward mediating the inhibitory GABA and glycine transmission on the SG neurons of the Vc and may serve as an herbal therapeutic for orofacial pain ailments.
To clarify the toxic effect on cultured neonatal mouse cerebral neurons damaged by ischemia, we examined the cytotoxicity induced by ischemia and the protective effect of antioxidant and AMPA/kainate receptor antagonist against ischemia-induced cytotoxicity on cultured cerebral neurons. For this study, mice were administrated with 20ug/kg cyclothiazide or 50U/kg vitamin E via intraperitoneal injection for 2 hours before ischemic induction. After cell culture for 7 days, cell viability, amount of neurofilament and protein kinase C activity were examined. Ischemia decreased significantly cell viability, amount of neurofilament and the increase of protein kinase C activity in these cultures. In the protective effect, vitamin I showed remarkably the increase of cell viability and amount of neurofilament, and the decrease of protein kinase C activity but, cyclothiazide did not showed any protective effect on ischemia-induced cytotoxicity. From these results, it is suggested that vitamin I is effective in blocking the neurotoxicity induced by ischemia, but cyclothiazide as a AMPA/kainate receptor antagonist is not.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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