In this study, we studied whether hydrogen sulfide ($H_2S$) has an effect on the pacemaker activity of interstitial cells of Cajal (ICC), in the small intestine of mice. The actions of $H_2S$ on pacemaker activity were investigated using whole-cell patch-clamp technique, intracellular $Ca^{2+}$ analysis at $30^{\circ}C$ and RT-PCR in cultured mouse intestinal ICC. Exogenously applied sodium hydrogen sulfide (NaHS), a donor of hydrogen sulfide, caused a slight tonic inward current on pacemaker activity in ICC at low concentrations (50 and $100{\mu}m$), but at high concentration ($500{\mu}m$ and 1 mM) it seemed to cause light tonic inward currents and then inhibited pacemaker amplitude and pacemaker frequency, and also an increase in the resting currents in the outward direction. Glibenclamide or other potassium channel blockers (TEA, $BaCl_2$, apamin or 4-aminopydirine) did not have an effect on NaHS-induced action in ICC. The exogenous application of carbonilcyanide p-triflouromethoxyphenylhydrazone (FCCP) and thapsigargin also inhibited the pacemaker activity of ICC as NaHS. Also, we found NaHS inhibited the spontaneous intracellular $Ca^{2+}$ ($[Ca^{2+}]_i$) oscillations in cultured ICC. In doing an RT-PCR experiment, we found that ICC enriched population lacked mRNA for both CSE and CBS, but was prominently detected in unsorted muscle. In conclusion, $H_2S$ inhibited the pacemaker activity of ICC by modulating intracellular $Ca^{2+}$. These results can serve as evidence of the physiological action of $H_2S$ as acting on the ICC in gastrointestinal (GI) motility.
The interstitial cells of Cajal (ICCs) are the pacemaker cells in gastrointestinal tract and generate electrical rhythmicity in gastrointestinal muscles. Therefore, ICC may be modulated by endogenous agents such as neurotransmitter, hormones, and prostaglandins (PGs). In the present study, we investigated the effects of prostaglandins, especially $PGE_2$, on pacemaker currents in cultured ICCs from murine small intestine by using whole-cell patch clamp techniques. ICCs generated spontaneous slow waves under voltage-clamp conditions and showed a mean amplitude of $-452{\pm}39\;pA$ and frequency of $18{\pm}2$ cycles/min (n=6). Treatments of the cells with $PGE_2$$(1\;{\mu}M)$ decreased both the frequency and amplitude of the pacemaker currents and increased the resting currents in the outward direction. $PGE_2$ had only inhibitory effects on pacemaker currents and this inhibitory effect was dose-dependent. For characterization of specific membrane EP receptor subtypes, involved in the effects of $PGE_2$ on pacemaker currents in ICCs, EP receptor agonists were used: Butaprost $(1\;{\mu}M)$, $EP_2$ receptor agonist, reduced the spontaneous inward current frequency and amplitude in cultured ICCs (n=5). However sulprostone $(1\;{\mu}M)$, a mixed $EP_1$ and $EP_3$ agonist, had no effects on the frequency, amplitude and resting currents of pacemaker currents (n=5). SQ-22536 (an inhibitor of adenylate cyclase; $100\;{\mu}M$) and ODQ (an inhibitor of guanylate cyclase; $100\;{\mu}M$) had no effects on $PGE_2$ actions of pacemaker currents. These observations indicate that $PGE_2$ alter directly the pacemaker currents in ICCs, and that the $PGE_2$ receptor subtypes involved are the $EP_2$ receptor, independent of cyclic AMP- and GMP-dependent pathway.
Cheong, Hyeonsook;Paudyal, Dilli Parasad;Jun, Jae Yeoul;Yeum, Cheol Ho;Yoon, Pyung Jin;Park, Chan Guk;Kim, Man Yoo;So, Insuk;Kim, Ki Whan;Choi, Seok
Molecules and Cells
/
v.20
no.2
/
pp.235-240
/
2005
Extracts of pine needles (Pinus densiflora Sieb. et Zucc.) have diverse physiological and pharmacological actions. In this study we show that pine needle extract alters pacemaker currents in interstitial cells of Cajal (ICC) by modulating ATP-sensitive $K^+$ channels and that this effect is mediated by prostaglandins. In whole cell patches at $30^{\circ}C$, ICC generated spontaneous pacemaker potentials in the current clamp mode (I = 0), and inward currents (pacemaker currents) in the voltage clamp mode at a holding potential of -70 mV. Pine needle extract hyperpolarized the membrane potential, and in voltage clamp mode decreased both the frequency and amplitude of the pacemaker currents, and increased the resting currents in the outward direction. It also inhibited the pacemaker currents in a dose-dependent manner. Because the effects of pine needle extract on pacemaker currents were the same as those of pinacidil (an ATP-sensitive $K^+$ channel opener) we tested the effect of glibenclamide (an ATP-sensitive $K^+$ channels blocker) on ICC exposed to pine needle extract. The effects of pine needle extract on pacemaker currents were blocked by glibenclamide. To see whether production of prostaglandins (PGs) is involved in the inhibitory effect of pine needle extract on pacemaker currents, we tested the effects of naproxen, a non-selective cyclooxygenase (COX-1 and COX-2) inhibitor, and AH6809, a prostaglandin EP1 and EP2 receptor antagonist. Naproxen and AH6809 blocked the inhibitory effects of pine needle extract on ICC. These results indicate that pine needle extract inhibits the pacemaker currents of ICC by activating ATP-sensitive $K^+$ channels via the production of PGs.
In this study we determined whether or not 5-hydroxytryptamine (5-HT) has an effect on the pacemaker activities of interstitial cells of Cajal (ICC) from the mouse small intestine. The actions of 5-HT on pacemaker activities were investigated using a whole-cell patch-clamp technique, intracellular $Ca^{2+}$ ($[Ca^{2+}]_i$) analysis, and RT-PCR in ICC. Exogenously-treated 5-HT showed tonic inward currents on pacemaker currents in ICC under the voltage-clamp mode in a dose-dependent manner. Based on RT-PCR results, we found the existence of 5-$HT_{2B,\;3,\;4,\;and\;7}$ receptors in ICC. However, SDZ 205557 (a 5-$HT_4$ receptor antagonist), SB 269970 (a 5-$HT_7$ receptor antagonist), 3-tropanylindole - 3 - carboxylate methiodide (3-TCM; a 5-$HT_3$ antagonist) blocked the 5-HT-induced action on pacemaker activity, but not SB 204741 (a 5-$HT_{2B}$ receptor antagonist). Based on $[Ca^{2+}]_i$ analysis, we found that 5-HT increased the intensity of $[Ca^{2+}]_i$. The treatment of PD 98059 or JNK II inhibitor blocked the 5-HT-induced action on pacemaker activity of ICC, but not SB 203580. In summary, these results suggest that 5-HT can modulate pacemaker activity through 5-$HT_{3,\;4,\;and\;7}$ receptors via $[Ca^{2+}]_i$ mobilization and regulation of mitogen-activated protein kinases.
Interstitial cells of Cajal (ICCs) are the pacemaking cells in the gastrointestinal (GI) muscles that generate the rhythmic oscillation in membrane potentials known as slow waves. In the present study, we investigated the effects of mirtazapine, a noradrenergic and serotonergic antidepressant, on pacemaking potential in cultured ICCs from the murine small intestine. The whole-cell patch-clamp configuration was used to record pacemaker potential in cultured ICCs. Mirtazapine induced pacemaker potential depolarizations in a concentration-dependent manner in the current clamp mode. Y25130 (a 5-HT3 receptor antagonist), RS39604 (a 5-HT4 receptor antagonist), and SB269970 (a 5-HT7 receptor antagonist) had no effects on mirtazapine-induced pacemaker potential depolarizations. Also, methoctramine, a muscarinic M2 receptor antagonist, had no effect on mirtazapine-induced pacemaker potential depolarizations, whereas 4-diphenylacetoxy-N-methyl-piperidine methiodide (4-DAMP), a muscarinic M3 receptor antagonist, inhibited the depolarizations. When guanosine 5'-[β-thio] diphosphate (GDP-β-S; 1 mM) was in the pipette solution, mirtazapine-induced pacemaker potential depolarization was blocked. When an external Ca2+ free solution or thapsigargin, a Ca2+-ATPase inhibitor of the endoplasmic reticulum, was applied, the generation of pacemaker potentials disappeared, and under these conditions, mirtazapine induced pacemaker potential depolarizations. In addition, protein kinase C (PKC) inhibitor, calphostin C, and chelerythrine inhibited mirtazapine-induced pacemaker potential depolarizations. These results suggest that mirtazapine regulates pacemaker potentials through muscarinic M3 receptor activation via a G protein-dependent and an external or internal Ca2+-independent PKC pathway in the ICCs. Therefore, mirtazapine can control GI motility through ICCs.
The interstitial cells of Cajal (ICCs) are the pacemaker cells in the gastrointestinal (GI) tract. In the present study, the effects of olanzapine, an atypical antipsychotic agent, on pacemaker potentials in cultured ICCs from the small intestine of the mouse were investigated. The whole-cell patch-clamp configuration was used to record pacemaker potentials from cultured ICCs. Olanzapine produced pacemaker depolarizations in a concentration-dependent manner in current clamp mode. Methoctramine, a muscarinic $M_2$ receptor antagonist, did not inhibit olanzapine-induced pacemaker depolarizations, whereas 4-diphenylacetoxy-N-methylpiperidine methiodide (4-DAMP) muscarinic $M_3$ receptor antagonist did inhibit it. When guanosine 5'-[${\beta}$-thio] diphosphate (GDP-${\beta}$-S; 1 mM) was in the pipette solution, olanzapine-induced pacemaker depolarization was blocked. Also, low $Na^+$ solution externally eliminated the generation of pacemaker potentials and inhibited the olanzapine-induced pacemaker depolarizations. Additionally, the nonselective cation channel blocker, flufenamic acid, inhibited the olanzapine-induced pacemaker depolarizations. Pretreatment with U-73122, an active phospholipase C (PLC) inhibitor, also eliminated the generation of pacemaker potentials and suppressed the olanzapine-induced pacemaker depolarizations. These results suggested that olanzapine modulates the pacemaker potentials through muscarinic $M_3$ receptor activation by G protein-dependent external $Na^+$ and PLC pathway in the ICCs. Therefore, olanzapine could affect intestinal motility through ICCs.
Objectives : The purpose of this study was to examine the effects of Alisma canaliculatum Extract (ACE) on pacemaker potentials of small and large intestinal interstitial Cells of Cajal (ICC) in mice. Methods : We used enzymatic digestions to dissociate the ICC in the small and large intestine in mice. The whole-cell patch-clamp method was used to record pacemaker potentials in ICC. Results : 1. The ICC generated the pacemaker potentials in small intestine in mice. ACE (0.1-1mg/ml) induced membrane depolarization and decreased frequency with concentration-dependent manners. 2. Pretreatment with a Ca2+ free solution, Na+ 5 mM solution or 2-APB, a nonselective cation channel blocker, stopped the small intestinal ICC pacemaker potentials. In the case of Ca2+-free solution, Na+ 5 mM solution or 2-APB, ACE had no effects on the membrane depolarizations in small intestinal ICC. 3. The ICC generated the pacemaker potentials in large intestine in mice. Membrane depolarization appears regularly in the small intestine, but irregularly in the large intestine. ACE induced membrane depolarization (0.1-1mg/ml) and increased frequency (0.1-0.5mg/ml). 4. Pretreatment with a Ca2+ free solution, Na+ 5 mM solution or 2-APB, stopped the large intestinal ICC pacemaker potentials. In the case of Ca2+-free solution, Na+ 5 mM solution or 2-APB, ACE depolarized the membrane depolarizations in large intestinal ICC. 5. In mice, intestinal transit rate (ITR) values were dose-dependently decreased by the intragastric administration of ACE. Conclusions : These results suggest that ACE can regulate the pacemaker activity of ICC and the reaction by ACE is different from the small and large intestinal ICC, and the control of the intestinal motion by ACE may be caused by many complex processes.
Electrical rhythmicity in the gastrointestinal (GI) muscles is generated by pacemaker cells, known as interstitial cells of Cajal (ICC). In the present study, we investigated the effect of external divalent cations on pacemaking activity in cultured ICC from murine small intestine by using whole-cell patch clamp techniques. ICC generated pacemaker currents under a voltage clamp or electrical pacemaker potentials under a current clamp, and showed a mean amplitude of $-500{\pm}50$ pA or $30{\pm}1$ mV and the frequency of $18{\pm}2$ cycles/min. Treatments of the cells with external 0 mM $Ca^{2+}$ stopped pacemaking activity of ICC. In the presence of 2 mM $Ca^{2+}$, 0 mM external $Mg^{2+}$ depolarized the resting membrane potential, and there was no change in the frequency of pacemaking activity. However, 10 mM external $Mg^{2+}$ decreased the frequency of pacemaking activity ($6.75{\pm}1$ cycles/min, n=5). We replaced external 2 mM $Ca^{2+}$ with equimolar $Ba^{2+}$, $Mn^{2+}$ and $Sr^{2+}$, and they all developed inward current in the sequence of $Ba^{2+}$>$Mn^{2+}$>$Sr^{2+}$. Also the frequency of the pacemaking activity was stopped or irregulated. We investigated the effect of 10 mM $Ba^{2+}$, $Mn^{2+}$ and $Sr^{2+}$ on pacemaking activity of ICC in the presence of external 0 mM $Mg^{2+}$, and found that 10 mM $Ba^{2+}$ and $Mn^{2+}$ induced large inward current and stopped the pacemaking activity of ICC (n=5). Interestingly, 10 mM $Sr^{2+}$ induced small inward current and potentiated the amplitude of pacemaking activity of ICC (n=5). These results indicate that extracellular $Ca^{2+}$ and $Mg^{2+}$ are requisite for the pacemaking activity of ICC.
Choi, Seok;Choi, Jeong June;Jun, Jae Yeoul;Koh, Jae Woong;Kim, Sang Hun;Kim, Dong Hee;Pyo, Myoung-Yun;Choi, Sangzin;Son, Jin Pub;Lee, Inki;Son, Miwon;Jin, Mirim
Molecules and Cells
/
v.27
no.3
/
pp.307-312
/
2009
The interstitial cells of Cajal (ICC) are pacemaking cells required for gastrointestinal motility. The possibility of whether DA-9701, a novel prokinetic agent formulated with Pharbitis Semen and Corydalis Tuber, modulates pacemaker activities in the ICC was tested using the whole cell patch clamp technique. DA-9701 produced membrane depolarization and increased tonic inward pacemaker currents in the voltage-clamp mode. The application of flufenamic acid, a non-selective cation channel blocker, but not niflumic acid, abolished the generation of pacemaker currents induced by DA-9701. Pretreatment with a $Ca^{2+}$-free solution and thapsigargin, a $Ca^{2+}$-ATPase inhibitor in the endoplasmic reticulum, abolished the generation of pacemaker currents. In addition, the tonic inward currents were inhibited by U-73122, an active phospholipase C inhibitor, but not by $GDP-{\beta}-S$, which permanently binds G-binding proteins. Furthermore, the protein kinase C inhibitors, chelerythrine and calphostin C, did not block the DA-9701-induced pacemaker currents. These results suggest that DA-9701 might affect gastrointestinal motility by the modulation of pacemaker activity in the ICC, and the activation is associated with the non-selective cationic channels via external $Ca^{2+}$ influx, phospholipase C activation, and $Ca^{2+}$ release from internal storage in a G protein-independent and protein kinase C-independent manner.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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