Kim, Hack-Seang;Park, In-Sook;Lim, Hwa-Kyung;Choi, Hong-Seork
Archives of Pharmacal Research
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v.22
no.2
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pp.113-118
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1999
Previous work in our laboratory has shown that the N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptor antagonists, AP-5, CPP, MK-801, ketamine, dextrorphan and dextromethorphan cause a pronounced enhancement of 5-hydroxytryptamine (5-HT)-induced head-twitch response (HTR) in intact mice, suggesting the involvement of NMDA receptors in the glutamatergic modulation of serotonergic function at the postsynaptic $5-HT_{2}$ receptors. The purpose of this study was to extend our previous work on the behavioral interaction between glutamatergic and serotonergic receptors. In the present study, both competitive (AP-5 and CPP) and noncompeti-tive (MI-801, ketamine, dextrorphan and dextromethorphan) NMDA receptor antagonists markedly enhanced 5-HT-induced selective serotonergic behavior, HTR, in p-chlorophenylalanine (PCPA)-treated mice which were devoid of any involvement of indirect serotonergic function, to establish the involvement of the NMDA receptor in 5-HT-induced HTR at the postsyaptic $5-HT_{2}$receptors. In addition, the enhancement of 5-HT-induced HTR was inhibited by a dopamine agonist, apomorphine, NMDA receptor antagonist, NMDA and a serotonin $5-HT_{2}$receptor antagonist, cyproheptadine, in PCPA-treated mice. Therefore, the present results support our previous conclusion that the NMDA receptors play an important role in the glutamatergic modulation of serotonergic function at the poststynaptic $5-HT_{2}$ receptors.
Several lines of evidence indicate that physiological activity of N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptor was blocked by physiological concentration of $Mg^{2+}$ (1.2 mM). However, the activity of NMDA receptor may not be blocked totally with this concentration of $Mg^{2+}$ under elevated membrane potential by kainate. Here, we described the effect of $Mg^{2+}$ on NMDA receptor and how much of NMDA receptor functions could be activated by kainate. Effects of NMDA receptor antagonist on kainate-induced elevation of intracellualr $Ca^{2+}$ levels $([Ca^{2+}]_i)$ and extracellular glutamate level were examined in cultured rat cerebellar granule neurons. kainate-induced elevation of $([Ca^{2+}]_i)$ was not affected by physiological concentration of $Mg^{2+}$. Kainate-induced NMDA-induced elevation was blocked by the same concentration of $MG^{2+}$Kainate-induced elevation of [$([Ca^{2+}]_i)$ was decreased by 32% in the presence of NMDA antagonists, MK-801 and CPP (3-[2-carboxypiperazine-4-yl]propyl-1-phosphonic acid), in $Mg^{2+}$ free buffer. Kainate receptor-activated gluamate release was also decreased (30%) by MK-801 or CPP. These resuts show that certain extent of elevations of intracellular $Ca^{2+}$ and extracellular glutamate by kainate is due to coativation of NMDA receptors.
Ginsenosides are low molecular weight glycosides found in ginseng that exhibit neuroprotective effects through inhibition of $N$-methyl-D-aspartic acid (NMDA) receptor channel activity. Ginsenosides, like other natural compounds, are metabolized by gastric juices and intestinal microorganisms to produce ginsenoside metabolites. However, little is known about how ginsenoside metabolites regulate NMDA receptor channel activity. In the present study, we investigated the effects of ginsenoside metabolites, such as compound K (CK), protopanaxadiol (PPD), and protopanaxatriol (PPT), on oocytes that heterologously express the rat NMDA receptor. NMDA receptor-mediated ion current ($I_{NMDA}$) was measured using the 2-electrode voltage clamp technique. In oocytes injected with cRNAs encoding NMDA receptor subunits, PPT, but not CK or PPD, reversibly inhibited $I_{NMDA}$ in a concentration-dependent manner. The $IC_{50}$ for PPT on $I_{NMDA}$ was $48.1{\pm}4.6\;{\mu}M$, was non-competitive with NMDA, and was independent of the membrane holding potential. These results demonstrate the possibility that PPT interacts with the NMDA receptor, although not at the NMDA binding site, and that the inhibitory effects of PPT on $I_{NMDA}$ could be related to ginseng-mediated neuroprotection.
The striatum receives glutamatergic afferents from the cortex and thalamus, and these synaptic transmissions are mediated by ${\alpha}$-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionate (AMPA) and N-methyl D-aspartate (NMDA) receptors. The purpose of this study was to characterize glutamate receptors by analyzing NMDA/AMPA ratio and rectification of AMPA and NMDA excitatory postsynaptic currents (EPSCs) using a whole-cell voltage-clamp method in the dorsal striatum. Receptor antagonists were used to isolate receptor or subunit specific EPSC, such as (DL)-2-amino-5-phosphonovaleric acid (APV), an NMDA receptor antagonist, ifenprodil, an NR2B antagonist, CNQX, an AMPA receptor antagonist and IEM-1460, a GluR2-lacking AMPA receptor blocker. AMPA and NMDA EPSCs were recorded at - 70 and + 40 mV, respectively. Rectification index was calculated by current ratio of EPSCs between + 50 and - 50 mV. NMDA/AMPA ratio was 0.20${\pm}$0.05, AMPA receptor ratio of GluR2-lacking/GluR2-containing subunit was 0.26${\pm}$0.05 and NMDA receptor ratio of NR2B/NR2A subunit was 0.32${\pm}$0.03. The rectification index (control 2.39${\pm}$0.27) was decreased in the presence of both APV and combination of APV and IEM-1460 (1.02${\pm}$0.11 and 0.93${\pm}$0.09, respectively). These results suggest that the major components of the striatal glutamate receptors are GluR2-containing AMPA receptors and NR2A-containing NMDA receptors. Our results may provide useful information for corticostriatal synaptic transmission and plasticity studies.
We previously reported that ginseng inhibited NMDA receptors in cultured hippocampal neurons. Here, we further examined the detailed mechanism of ginseng-mediated inhibition using its main active ingredient, ginsenoside Rg$_3$. Co-application of ginsenoside Rg$_3$ with increasing concentrations of NMDA did not change the EC$_{50}$ of NMDA to the receptor, suggesting ginsenoside Rg$_3$ inhibits NMDA receptors without competing with the NMDA-binding site. Ginsenoside Rg$_3$-mediated inhibition also occurred in a distinctive manner from the well-characterized NMDA receptor open channel blocker, MK-801, However, ginsenoside Rg$_3$ produced its effect in a glycine concentration-dependent manner and shifted the glycine concentration-response curve to the right without changing the maximal response, suggesting the role of ginsenoside Rg$_3$ as a competitive NMDA receptor antagonist. We also demonstrated that ginsenoside Rg$_3$ significantly protected neurons against NMDA insults. Therefore, these results suggest that ginsenoside Rg$_3$ protects NMDA-induced neuronal death via a competitive interaction with the glycine-binding site of NMDA receptors in cultured hippocampal neurons.
Proceedings of the Korean Society of Applied Pharmacology
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1996.04a
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pp.247-247
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1996
Previous work in our laboratory has shown that noncompetitive N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptor antagonists, MK-801, ketamine, dextrorphan and dextromethorphan cause a pronounced inhibition of apomorphine-induced cage climbing behavior in intact mice, suggesting the involvement of NMDA receptors in the glutamatergic modulation of dopaminergic function at the postsynaptic dopamine (DA) receptors: Therefore, in order to definitively establish the involvement of NMDA receptor in the apomorphine-induced dopaminergic response at the postsynaptic DA receptor, it is necessary to investigate whether or not the noncompetitive NMDA receptor antagonists would inhibit these phenomena not only in intact mice but also in the mice that are devoid of any involvement of indirect dopaminergic function. To minimize the risk of any indirect involvement of NMDA antagonists with DA neurons, vesicular DA stores were first depleted with reserpine.
To investigate the neurobiological bases of learning and memory is one of the ambitious goals of modern neuroscience. The progress in this field of recent years has not only brought us closer to understanding the molecular mechanism underlying long-lasting changes in synaptic strength, but it has also provided further evidence that these mechanisms are required for memory formation. Since twenty years ago, several studies for the tests of the hypothesis that NMDA-dependent hippocampal long-term potentiation(LTP) underlies learning have been reported. Also, in the recent year, data from mutant mice showed that a potential role for NMDA-dependent LTP in hippocampal CA1 and spatial learning. Although the current evidence for the role of NMDA receptor in learning and memory is not still obvious, NMDA receptor seems to act as a critical switch for activation of a cascade of events that underlie synaptic plasticity.
Overstimulation of both kainate (KA) and N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptors has been reported to induce excitatoxicity which can be characterized by neuronal damage and formation of reactive oxygen free radicals. Neuroprotective effect of melatonin against KA-induced excitotoxicity have been documented in vitro and in vivo. It is, however, not clear whether melationin is also neuroportective against excitotoxicity mediated by NMDA receptors. In the present work, we tested the in vivo protective effects of striatally infused melatonin against the oxidative stress and neuronal damage induced by the injection of KA and NMDA receptors into the rat striatum. Melatonin implants consisting of 22-gauge stainless-steel cannule with melatonin fused inside the tip were placed bilaterally in the rat brain one week prior to intrastriatal injection of glutamate receptor subtype agonists. Melatonin showed protective effects against the elevation of lipid peroxidation induced by either KA or NMDA and recovered Cu, Zn-superoxide dismutase activities reduced by both KA and NMDA into the control level. Melatonin also clearly blocked both KA- and NMDA-receptor mediated neuronal damage assessed by the determination of choline acetyltransferase activity in striatal monogenages and by microscopic observation of rat brain section stained with cresyl violet. The protective effects of melatonin are comparable to those of DNQX and MK801 which are the KA- and NMDA-receptor antagonist, respectively. It is suggested that melatonin could protect against striatal oxidative damages mediated by glutamate receptors, both non-NMDA and NMDA receptors.
The feature of neuropathic pain may occur in the absence of any apparent stimulus and be exaggerated in either amplitude or duration. Peripheral nerve injury may produce neuropathic pain and opioids have been shown to be relatively unsatisfactory for the treatment of most cases of neuropathic pain. The NMDA receptor system is involved in transmission and modulation of nociceptive information. We treated patients with severe pain, hyperaesthesia and allodynia with epidural injection of NMDA receptor antagonist, ketamine (10 mg) and morphine (0.5 mg) or other opioid. The combinations provided effective pain management in 23 patients with neuropathic pain.
In brain hypoxic-ischemia, an excess release of glutamate and a marked production of reactive oxygen species (ROS) occur in neuronal and non-neuronal cells. The present study investigated the effect of the biological antioxidants dihydrolipoic acid (DHLA) and lipoic acid (LA) on N-methyl-D-aspartate (NMDA)- and ROS-induced neurotoxicity in cultured rat cortical neurons. DHLA enhanced NMDA-evoked rises in intracellular calcium concentration ($[Ca^{2+}]_i$). In contrast, LA did not alter the NMDA-evoked calcium responses but decreased after a brief treatment of dithiothreitol (DTT), which possesses a strong reducing potential. Despite the modulation of NMDA receptor-mediated rises in $[Ca^{2+}]_i$, neither DHLA nor LA altered the NMDA receptor-mediated neurotoxicity, as assessed by measuring the amount of lactate dehydrogenase released from dead or injured cells. DHLA, but not LA, prevented the neurotoxicity induced by xanthine/xanthine oxidase-generated superoxide radicals. Both DHLA and LA decreased the glutathione depletion-induced neurotoxicity. The present data may indicate that biological antioxidants DHLA and LA protect neurons from ischemic injuries via scavenging oxygen free radicals rather than modulating the redox modulatory site(s) of NMDA receptor.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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