Kim, Byung-Joo;Lee, Jae-Hwa;So, In-Suk;Kim, Ki-Whan
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.10
no.1
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pp.7-11
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2006
Interstitial cells of Cajal (ICCs) are pacemakers in gastrointestinal tracts, regulating rhythmicity by activating nonselective cation channels (NSCCs). In the present study, we investigated the general characteristics and pH-mediated regulation of pacemaker activity in cultured interstitial cells of Cajal. Under voltage clamp mode and at the holding potential of -60 mV, the I-V relationships and difference current showed that there was no reversal potential and voltage-independent inward current. Also, when the holding potentials were changed from +20 mV to -80 mV with intervals of 20 mV, there was little difference in inward current. In pacemaker activity, the resting membrane potential (RMP) was depolarized (In pH 5.5, $23{\pm}1.5$ mV depolarized) and the amplitude was decreased by a decrease of the extracellular pH. However, in case of increase of extracellular pH, the RMP was slightly hyperpolarized and the amplitude was decreased a little. The melastatin type transient receptor potential (TRPM) channel 7 has been suggested to be required for intestinal pacemaking activity. TRPM7 produced large outward currents and small inward currents by voltage ramps, ranging from +100 to -100 mV from a holding potential of -60 mV. The inward current of TRPM7 was dramatically increased by a decrease in the extracellular pH. At pH 4.0, the average inward current amplitude measured at -100 mV was increased by about 7 fold, compared with the current amplitude at pH 7.4. Changes in the outward current (measured at +100 mV) were much smaller than those of the inward current. These results indicate that the resting membrane potential of pacemaking activity might be depolarized by external acidic pH through TRPM7 that is required for intestinal pacemaking activity.
The canonical transient receptor potential channels (TRPCs) constitute a series of nonselective cation channels with variable degrees of $Ca^{2+}$ selectivity. TRPCs consist of seven mammalian members, TRPC1, TRPC2, TRPC3, TRPC4, TRPC5, TRPC6, and TRPC7, which are further divided into four subtypes, TRPC1, TRPC2, TRPC4/5, and TRPC3/6/7. These channels take charge of various essential cell functions such as contraction, relaxation, proliferation, and dysfunction. This review, organized into seven main sections, will provide an overview of current knowledge about the underlying pathogenesis of TRPCs in cardio/cerebro-vascular diseases, including hypertension, pulmonary arterial hypertension, cardiac hypertrophy, atherosclerosis, arrhythmia, and cerebrovascular ischemia reperfusion injury. Collectively, TRPCs could become a group of drug targets with important physiological functions for the therapy of human cardio/cerebro-vascular diseases.
Kim, Moon-Young;Liang, Guo-Hua;Kim, Ji-Aee;Choi, Soo-Seung;Choi, Shin-Ku;Suh, Suk-Hyo
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.13
no.1
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pp.27-32
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2009
The effects of oxidized low-density lipoprotein(OxLDL) and its major lipid constituent lysophosphatidylcholine(LPC) on $Ca^{2+}$ entry were investigated in cultured human umbilical endothelial cells(HUVECs) using fura-2 fluorescence and patch-clamp methods. OxLDL or LPC increased intracellular $Ca^{2+}$ concentration($[Ca^{2+}]_i$), and the increase of $[Ca^{2+}]_i$ by OxLDL or by LPC was inhibited by $La^{3+}$ or heparin. LPC failed to increase $[Ca^{2+}]_i$ in the presence of an antioxidant tempol. In addition, store-operated $Ca^{2+}$ entry(SOC), which was evoked by intracellular $Ca^{2+}$ store depletion in $Ca^{2+}$-free solution using the sarcoplasmic reticulum $Ca^{2+}$ pump blocker, 2, 5-di-t-butyl-l,4-benzohydroquinone(BHQ), was further enhanced by OxLDL or by LPC. Increased SOC by OxLDL or by LPC was inhibited by U73122. In voltage-clamped cells, OxLDL or LPC increased $[Ca^{2+}]_i$ and simultaneously activated non-selective cation(NSC) currents. LPC-induced NSC currents were inhibited by 2-APB, $La^{3+}$ or U73122, and NSC currents were not activated by LPC in the presence of tempol. Furthermore, in voltage-clamped HUVECs, OxLDL enhanced SOC and evoked outward currents simultaneously. Clamping intracellular $Ca^{2+}$ to 1 ${\mu}M$ activated large-conductance $Ca^{2+}$-activated $K^+(BK_{ca})$ current spontaneously, and this activated $BK_{ca}$ current was further enhanced by OxLDL or by LPC. From these results, we concluded that OxLDL or its main component LPC activates $Ca^{2+}$-permeable $Ca^{2+}$-activated NSC current and $BK_{ca}$ current simultaneously, thereby increasing SOC.
Jeong, SeungJoo;Ko, Juyeon;Kim, Minji;Park, Ki Chul;Park, Eunice Yon June;Kim, Jinsung;Baik, Youngjoo;Wie, Jinhong;Cho, Art E.;Jeon, Ju-hong;So, Insuk
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.23
no.3
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pp.191-201
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2019
The transient receptor potential canonical (TRPC) 5 channel, known as a nonselective cation channel, has a crucial role in calcium influx. TRPC5 has been reported to be activated by muscarinic receptor activation and extracellular pH change and inhibited by the protein kinase C pathway. Recent studies have also suggested that TRPC5 is extracellularly activated by englerin A (EA), but the mechanism remains unclear. The purpose of this study is to identify the EA-interaction sites in TRPC5 and thereby clarify the mechanism of TRPC5 activation. TRPC5 channels are over-expressed in human embryonic kidney (HEK293) cells. TRPC5 mutants were generated by site-directed mutagenesis. The whole-cell patch-clamp configuration was used to record TRPC5 currents. Western analysis was also performed to observe the expression of TRPC5 mutants. To identify the EA-interaction site in TRPC5, we first generated pore mutants. When screening the mutants with EA, we observed the EA-induced current increases of TRPC5 abolished in K554N, H594N, and E598Q mutants. The current increases of other mutants were reduced in different levels. We also examined the functional intactness of the mutants that had no effect by EA with TRPC5 agonists, such as carbachol or $GTP{\gamma}S$. Our results suggest that the three residues, Lys-554, His-594, and Glu-598, in TRPC5 might be responsible for direct interaction with EA, inducing the channel activation. We also suggest that although other pore residues are not critical, they could partly contribute to the EA-induced channel activation.
Under some pathological conditions as bile flow obstruction or liver diseases with the enterohepatic circulation being disrupted, regurgitation of bile acids into the systemic circulation occurs and the plasma level of bile acids increases. Bile acids in circulation may affect the nervous system. We examined this possibility by studying the effects of bile acids on gating of neuronal (N)-type $Ca^{2+}$ channel that is essential for neurotransmitter release at synapses of the peripheral and central nervous system. N-type $Ca^{2+}$ channel currents were recorded from bullfrog sympathetic neuron under a cell-attached mode using 100 mM $Ba^{2+}$ as a charge carrier. Cholic acid (CA, $10^{-6}M$) that is relatively hydrophilic thus less cytotoxic was included in the pipette solution. CA suppressed the open probability of N-type $Ca^{2+}$ channel, which appeared to be due to an increase in (no activity) sweeps. For example, the proportion of sweep in the presence of CA was ~40% at +40 mV as compared with ~8% in the control recorded without CA. Other single channel properties including slope conductance, single channel current amplitude, open and shut times were not significantly affected by CA being present. The results suggest that CA could modulate N-type $Ca^{2+}$ channel gating at a concentration as low as $10^{-6}M$. Bile acids have been shown to activate nonselective cation conductance and depolarize the cell membrane. Under pathological conditions with increased circulating bile acids, CA suppression of N-type $Ca^{2+}$ channel function may be beneficial against overexcitation of the synapses.
Yin, Ming Zhe;Park, Seok-Woo;Kang, Tae Wook;Kim, Kyung Soo;Yoo, Hae Young;Lee, Junho;Hah, J. Hun;Sung, Myung Hun;Kim, Sung Joon
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.20
no.1
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pp.25-33
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2016
Ion channels in carcinoma and their roles in cell proliferation are drawing attention. Intracellular $Ca^{2+}$ ($[Ca^{2+}]_i$)-dependent signaling affects the fate of cancer cells. Here we investigate the role of $Ca^{2+}$-activated $K^+$ channel (SK4) in head and neck squamous cell carcinoma cells (HNSCCs) of dif-ferent cell lines; SNU-1076, OSC-19 and HN5. Treatment with $1{\mu}M$ ionomycin induced cell death in all the three cell lines. Whole-cell patch clamp study suggested common expressions of $Ca^{2+}$-activated $Cl^-$ channels (Ano-1) and $Ca^{2+}$-activated nonselective cation channels (CAN). 1-EBIO, an activator of SK4, induced outward $K^+$ current (ISK4) in SNU-1076 and OSC-19. In HN5, ISK4 was not observed or negligible. The 1-EBIO-induced current was abolished by TRAM-34, a selective SK4 blocker. Interestingly, the ionomycin-induced cell death was effectively prevented by 1-EBIO in SNU-1076 and OSC-19, and the rescue effect was annihilated by combined TRAM-34. Con-sistent with the lower level of ISK4, the rescue by 1-EBIO was least effective in HN5. The results newly demonstrate the role of SK4 in the fate of HNSCCs under the $Ca^{2+}$ overloaded condition. Pharmacological modulation of SK4 might provide an intriguing novel tool for the anti-cancer strategy in HNSCC.
In N-type $Ca^{2+}$ channels, the mechanism of inactivation - decline of inward current during a depolarizing voltage step- is still controversial between voltage-dependent inactivation and $Ca^{2+}$ -dependent inactivation. In the previous paper we demonstrated that fast component of inactivation of N-type calcium channels does not involve classic $Ca^{2+}$ -dependent mechanism and the slowly inactivating component could result from a $Ca^{2+}$ -dependent process. However, there should be signal transduction pathway which enhances inactivation no matter what the inactivation mechanism is. We have investigated the effect of phosphorylation on calcium channels of rat sympathetic neurons. Intracellular dialysis with the phosphatase inhibitors okadaic acid markedly enhanced the inactivation. The rapidly inactivating component is N-type calcium current, which is blocked by $\omega$-conotoxin GVIA. Staurosporine, a nonselective protein kinase inhibitor, prevented the action of okadaic acid, suggesting that protein phosphorylation is involved. More specifically lavendustin C, inhibitor of CaM kinase II, prevented the action of okadaic acid, suggesting that calmodulin dependent pathway is involved in inactivation process. It is not certain to this point whether phosphorylation process is inactivation itself. Molecular biological research regarding binding site should be followed to address the question of how the divalent cation binding site is related to phoshorylation process.
This study was designed to clarify the mechanism of the inhibitory action of a nitric oxide (NO) donor, 3-morpholino-sydnonimine (SIN-1), on contraction, cytosolic $Ca^{2+}$ level $([Ca^{2+}]_i)$ and ionic currents in guinea-pig ileum. SIN-1 $(0.01{\sim}100\;{\mu}M)$ inhibited 25 mM KCl- or histamine $(10\;{\mu}M)-induced$ contraction in a concentration-dependent manner. SIN-1 reduced both the 25 mM KCl- and the histamine-stimulated increases in muscle tension in parallel with decreased $[Ca^{2+}]_i.$ Using the patch clamp technique with a holding potential of -60 mV, SIN-1 $(10\;{\mu}M)$ decreased peak Ba currents $(I_{Ba})$ by $30.9{\pm}5.4%$ (n=6) when voltage was stepped from -60 mV to +10 mV and this effect was blocked by ODQ $(1\;{\mu}M),$ a soluble guanylyl cyclase inhibitor. Cu/Zn SOD (100 U/ml), the free radical scavenger, had little effect on basal $I_{Ba},$ and SIN-1 $(10\;{\mu}M)$ inhibited peak $I_{Ba}$ by $32.4{\pm}5.8%$ (n=5) in the presence of Cu/Zn SOD. In a cell clamped at a holding-potential of -40 mV, application of $10\;{\mu}M$ histamine induced an inward current. The histamine-induced inward current was markedly and reversibly inhibited by $10\;{\mu}M$ SIN-1, and this effect was abolished by ODQ $(1\;{\mu}M).$ In addition, SIN-1 markedly increased the depolarization-activated outward $K^+$ currents in the all potential ranges. We concluded that SIN-1 inhibits smooth muscle contraction mainly by decreasing $[Ca^{2+}]_i$ resulted from the inhibition of L-type $Ca^{2+}$ channels and the inhibition of nonselective cation currents and/or by the activation of $K^+$ currents via a cGMP-dependent pathway.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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