Using BHK cells with stable expression of cardiac $Na^+/Ca^{2+}$ exchanger(BHK-NCX1), reverse mode(i.e. $Ca^{2+}$ influx mode) of NCX1 current was recorded by whole-cell patch clamp. Repeated stimulation of reverse NCX1 produced a cytosolic $Ca^{2+}$-dependent long-term inactivation of the exchanger activity. The degrees of inactivation correlated with NCX1 densities of the cells and were attenuated by reduced $Ca^{2+}$ influx via the reverse exchanger. The inactivation of NCX1 was attenuated by(i) inhibition of $Ca^{2+}$ influx with reduced extracellular $Ca^{2+}$, (ii) treatment with NCX1 blocker($Na^{2+}$), and (iii) increase of cytoplasmic $Ca^{2+}$ buffer(EGTA). In BHK-NCX1 cells transiently expressing TRPV1 channels, $Ca^{2+}$ influx elicited by capsaicin produced a marked inactivation of NCX1. We suggest that cytoplasmic $Ca^{2+}$ has a dual effect on NCX1 activities, and that allosteric $Ca^{2+}$ activation of NCX1 can be opposed by the $Ca^{2+}$-dependent long-term inactivation in intact cells.
In the heart, $Na^{+}-Ca^{2+}$ exchange (NCX) is the major $Ca^{2+}$ extrusion mechanism. NCX has been considered as a relaxation mechanism, as it reduces global $[Ca^{2+}]_i$ raised during activation. However, if NCX locates in the close proximity to the ryanodine receptor, then NCX would curtail $Ca^{2+}$ before its diffusion to global $Ca^{2+}_i$ This will result in a global $[Ca^{2+}]_i$ decrease especially during its ascending phase rather than descending phase. Therefore, NCX would decrease the myocardial contractility rather than inducing relaxation in the heart. This possibility was examined in this study by comparing NCX-induced extrusion of $Ca^{2+}$ after its release from SR in the presence and absence of global $Ca^{2+}_i$ transient in the isolated single rat ventricular myocytes by using patch-clamp technique in a whole-cell configuration. Global $Ca^{2+}_i$ transient was controlled by an internal dialysis with different concentrations of BAPTA added in the pipette. During stimulation with a ramp pulse from +100 mV to -100 mV for 200 ms, global $Ca^{2+}_i$ transient was suppressed only mildly, and completely at 1 mmol/L, and 10 mmol/L BAPTA, respectively. In these situations, ryanodine-sensitive inward NCX current was compared using $100{\mu}mol/L$ ryanodine, $Na^+$ depletion, 5 mmol/L $NaCl_2$ and $1{\mu}mol/L$ nifedipine. Surprisingly, the result showed that the ryanodine-sensitive inward NCX current was well preserved after 10 mmol/L BAPTA to 91 % of that obtained after 1 mmol/L BAPTA. From this result, it is concluded that most of the NCX-induced $Ca^{2+}$ extrusion occurs before the $Ca^{2+}$ diffuses to global $Ca^{2+})i$ in the rat ventricular myocyte.
$[Ca^{2+}]_i$ transients by reverse mode of cardiac $Na^+/Ca^{2+}$ exchanger (NCX1) were recorded in fura-2 loaded BHK cells with stable expression of NCX1. Repeated stimulation of reverse NCX1 produced a long-lasting decrease of $Ca^{2+}$ transients ('rundown'). Rundown of NCX1 was independent of membrane $PIP_2$ depletion. Although the activation of protein kinase C (PKC) was observed during the $Ca^{2+}$ transients, neither a selective PKC inhibitor (calphostin C) nor a PKC activator (PMA) changed the degrees of rundown. By comparison, a non-specific PKC inhibitor, staurosporine (STS), reversed rundown in a dose-dependent and reversible manner. The action of STS was unaffected by pretreatment of the cells with calphostin C, PMA, or forskolin. Taken together, the results suggest that the stimulation of reverse NCX1 by STS is independent of PKC and/or PKA inhibition.
Proceedings of the Korean Biophysical Society Conference
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2003.06a
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pp.30-30
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2003
Without a definitive resolution of stoichiometry of cardiac Na$^{+}$-Ca$^{2+}$exchange (NCX), we cannot proceed to any quantitative analysis of exchange function as well as cardiac excitation-contraction coupling. The stoichiometry of cardiac NCX, however, is presently in doubt because reversal potentials determined by various groups range between those expected for a 3-to-1 and a 4-to-1 flux coupling. For a new perspective on this problem, we have used ion-selective microelectrodes to quantify directly exchanger-mediated fluxes of $Ca^{2+}$and Na$^{+}$in giant membrane patches. $Ca^{2+}$- and Na$^{+}$-selective microelectrodes, fabricated from quartz capillaries, are placed inside of the patch pipettes to detect extracellular ion transients associated with exchange activity. Ion changes are monitored at various distances from the membrane, and the absolute ion fluxes through NCX are determined via simulations of ion diffusion and compared with standard ion fluxes (Ca$^{2+}$ fluxes mediated by $Ca^{2+}$ ionophore, and Na$^{+}$ fluxes through gramicidin channels and Na$^{+}$/K$^{+}$pumps). Both guinea pig myocytes and NCX1-expressing BHK cells were employed, and for both systems the calculated stoichiometries for inward and outward exchange currents range between 3.2- and 3.4-to-1. The coupling ratios do not change significantly when currents are varied by changing cytoplasmic [Ca$^{2+}$] or by adding cytoplasmic Na$^{+}$. The exchanger reversal potentials, measured in both systems under several ionic conditions, range from 3.1- to 3.3-to-1. Taken together, a clear discrepancy from a NCX stoichiometry of 3-to-1 was obtained. Further definitive experiments are required to acquire a fixed number, and the present working hypothesis is that NCX current has an extra current via ‘conduction mode’.ent via ‘conduction mode’.
Choi, Kyung Jin;Hwang, Jin Wook;Kim, Se Hoon;Park, Hyung Seo
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.26
no.3
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pp.219-225
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2022
Glucagon like peptide-1 (GLP-1) released from enteroendocine L-cells in the intestine has incretin effects due to its ability to amplify glucose-dependent insulin secretion. Promotion of an endogenous release of GLP-1 is one of therapeutic targets for type 2 diabetes mellitus. Although the secretion of GLP-1 in response to nutrient or neural stimuli can be triggered by cytosolic Ca2+ elevation, the stimulus-secretion pathway is not completely understood yet. Therefore, the aim of this study was to investigate the role of reverse Na+/Ca2+ exchanger (rNCX) in Ca2+ entry induced by muscarinic stimulation in NCI-H716 cells, a human enteroendocrine GLP-1 secreting cell line. Intracellular Ca2+ was repetitively oscillated by the perfusion of carbamylcholine (CCh), a muscarinic agonist. The oscillation of cytosolic Ca2+ was ceased by substituting extracellular Na+ with Li+ or NMG+. KB-R7943, a specific rNCX blocker, completely diminished CCh-induced cytosolic Ca2+ oscillation. Type 1 Na+/Ca2+ exchanger (NCX1) proteins were expressed in NCI-H716 cells. These results suggest that rNCX might play a crucial role in Ca2+ entry induced by cholinergic stimulation in NCI-H716 cells, a GLP-1 secreting cell line.
To characterize cytosolic $Ca^{2+}$ fluctuations under metabolic inhibition, rat ventricular myocytes were exposed to $200{\mu}M$ 2,4-dinitrophenol (DNP), and mitochondrial $Ca^{2+}$, mitochondrial membrane potential (${\Delta}{\Psi}m$), and cytosolic $Ca^{2+}$ were measured, using Rhod-2 AM, TMRE, and Fluo-4 AM fluorescent dyes, respectively, by Laser Scanning Confocal Microscopy (LSCM). Furthermore, the role of sarcolemmal $Na^+$/$Ca^{2+}$ exchange (NCX) in cytosolic $Ca^{2+}$ efflux was studied in KB-R7943 and $Na^+$-free normal Tyrode's solution (143 mM LiCl ). When DNP was applied to cells loaded with Fluo-4 AM, Fluo-4 AM fluorescence intensity initially increased by $70{\pm}10$% within $70{\pm}10$ s, and later by $400{\pm}200$% at $850{\pm}45$ s. Fluorescence intensity of both Rhod-2 AM and TMRE were initially decreased by DNP, coincident with the initial increase of Fluo-4 AM fluorescence intensity. When sarcoplasmic reticulum (SR) $Ca^{2+}$ was depleted by $1{\mu}M thapsigargin plus $10{\mu}M ryanodine, the initial increase of Fluo-4 AM fluorescence intensity was unaffected, however, the subsequent progressive increase was abolished. KB-R7943 delayed both the first and the second phases of cytosolic $Ca^{2+}$ overload, while $Na^+$-free solution accelerated the second. The above results suggest that: 1) the initial rise in cytosolic $Ca^{2+}$ under DNP results from mitochondrial depolarization; 2) the secondary increase is caused by progressive $Ca^{2+}$ release from SR; 3) NCX plays an important role in transient cytosolic $Ca^{2+}$ shifts under metabolic inhibition with DNP.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition
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v.34
no.9
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pp.1398-1406
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2005
The purpose of this study was to investigate effects of web-based nutrition counseling on nutrient intake and blood glucose in type ll diabetic Patients. Forty type II diabetic patients, twenty one of them were diabetic patients without complication (Ncx-DM) and nineteen of them were diabetic patients with complication (Cx-DM), participated in a web-based nutrition counseling program. At the first nutrition counseling, the patients were counselled through interview and then follow up nutrition counseling was accomplished four times during eight weeks through tile web-based internet program. Various markers of disease risk including anthropometric indices, nutrient intake and blood glucose were measured before and after the nutrition counseling. After the nutrition counseling, body mass index and waist circumference decreased in both group but did not change significantly. Fasting blood glucose significantly decreased from 153.9 mg/dL to 139.0 mg/dL (p<0.05) in NCX-DM and from 178.2 mg/dL to 128.5 mg/dL (p<0.01) in Cx-DM after the nutrition counseling. Glycosylated hemoglobin level decreased from $9.3\%$ to $8,7\%$ in Ncx-DM and significantly decreased from $9.7\%$ to $7.8\%$ (p<0.01) in Cx-DM after the nutrition counseling. In addition, total cholesterol and LDL-cholesterol level significantly decreased in both group (P<0,05) after the nutrition counseling. Energy intake decreased significantly in Ncx-DM (P<0.05) and Cx-DM (p<0.01). Although the nutrient intake did not change significantly, the nutrient intake was improved after the nutrition counseling. Therefore, this study shows that the web-based nutrition counseling is effective in improving energy and nutrient intake and influences positively in blood glucose and serum lipids of the patients. In addition, these results indicate that the internet presents us with potential as a new medium for nutrition counseling in informationized society.
Objective: The goal of the current study was to investigate the impact of various concentrations of xylanase in energy-deficient corn-based diets on the growth performance, carcass characteristics, nutrient digestibility, and digesta viscosity in broilers from 7 to 35 days of age. Methods: A total of 280 seven-day-old Ross 308 broilers were randomly allocated to one of the five dietary treatments following a completely randomized design with 8 replicates and 7 birds per cage. The treatments were: i) positive control (PC, without xylanase); ii) NC-1 (80 kcal/kg ME reduced from PC); iii) NC-2 (100 kcal/kg ME reduced from PC); iv) NCX-1 (NC-1 + 2,000 U/kg xylanase); and v) NCX-2 (NC-2 + 3,000 U/kg xylanase). Body weight, weight gain, feed intake, and feed conversion ratio were determined weekly to evaluate growth performance. One bird per pen was sacrificed for ileal digesta collection to determine the viscosity and digestibility of energy, dry matter, crude protein on days 24 and 35, however breast and leg meat samples were obtained for proximate analysis (moisture, crude protein, fat, and ash) on day 35. Results: Birds fed diets supplemented with xylanase regardless of the amount had higher (p<0.05) body weights, daily gains, and improved feed efficiency compared to NC diets all throughout the experimental period. Feed intake was not affected (p>0.05) by the addition of xylanase. Moreover, lowered (p<0.05) viscosity of the ileal digesta were observed upon xylanase inclusion in the diets compared to the birds fed NC diets on day 24. Ileal nutrient digestibility and meat proximate composition were not affected (p>0.05) by xylanase. Conclusion: The present study indicated that the xylanase at 2,000 U/kg and 3,000 U/kg levels compensates for the 80 kcal/kg and 100 kcal/kg dietary energy levels, respectively, without having adverse effects on the growth performance, carcass characteristics, nutrient digestibility, and digesta viscosity of broilers.
Proceedings of the Korean Biophysical Society Conference
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2003.06a
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pp.52-52
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2003
Junctate is a newly identified integral ER/SR membrane $Ca^{2+}$ binding protein, which is an alternative splicing form of the same gene generating aspartyl $\square$-hydroxylase and junctin. To elucidate the functional role of junctate in heart, transgenic (TG) mice overexpressing mouse cardiac junctate-1 under the control of mouse $\square$$^{~}$ myosin heavy chain promoter were generated. Overexpression of junctate in mouse heart resulted in cardiac hypertrophy, increased fibrosis, bradycardia, arrhythmias and impaired contractility. Overexpression of junctate also led to down-regulation of SERCA2, calsequestrin, calreticulin and RyR, but to up-regulation of NCX and PMCA. The SR $Ca^{2+}$ content decreased and the L-type $Ca^{2+}$ current density and the action potential durations increased in TG cardiomyocytes, which could be the cause for the bradycardia in TG heart. The present work has provided an important example of pathogenesis leading to cardiac hypertrophy and arrhythmia, which was caused by impaired $Ca^{2+}$ handling by overexpression of junctate in heart.n heart.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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