• The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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• 제27권3호
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• pp.267-275
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• 2023

Cardiotoxicity, particularly drug-induced Torsades de Pointes (TdP), is a concern in drug safety assessment. The recent establishment of human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (human iPSC-CMs) has become an attractive human-based platform for predicting cardiotoxicity. Moreover, electrophysiological assessment of multiple cardiac ion channel blocks is emerging as an important parameter to recapitulate proarrhythmic cardiotoxicity. Therefore, we aimed to establish a novel in vitro multiple cardiac ion channel screening-based method using human iPSC-CMs to predict the drug-induced arrhythmogenic risk. To explain the cellular mechanisms underlying the cardiotoxicity of three representative TdP high- (sotalol), intermediate- (chlorpromazine), and low-risk (mexiletine) drugs, and their effects on the cardiac action potential (AP) waveform and voltage-gated ion channels were explored using human iPSC-CMs. In a proof-of-principle experiment, we investigated the effects of cardioactive channel inhibitors on the electrophysiological profile of human iPSC-CMs before evaluating the cardiotoxicity of these drugs. In human iPSC-CMs, sotalol prolonged the AP duration and reduced the total amplitude (TA) via selective inhibition of I_Kr and I_Na currents, which are associated with an increased risk of ventricular tachycardia TdP. In contrast, chlorpromazine did not affect the TA; however, it slightly increased AP duration via balanced inhibition of I_Kr and I_Ca currents. Moreover, mexiletine did not affect the TA, yet slightly reduced the AP duration via dominant inhibition of I_Ca currents, which are associated with a decreased risk of ventricular tachycardia TdP. Based on these results, we suggest that human iPSC-CMs can be extended to other preclinical protocols and can supplement drug safety assessments.

• The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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• 제27권6호
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• pp.521-531
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• 2023

Transmembrane protein TMEM16A, which encodes calcium-activated chloride channel has been implicated in tumorigenesis. Overexpression of TMEM16A is associated with poor prognosis and low overall survival in multiple cancers including lung adenocarcinoma, making it a promising biomarker and therapeutic target. In this study, three structure-related sesquiterpene lactones (mecheliolide, costunolide and dehydrocostus lactone) were extracted from the traditional Chinese medicine Aucklandiae Radix and identified as novel TMEM16A inhibitors with comparable inhibitory effects. Their effects on the proliferation and migration of lung adenocarcinoma cells were examined. Whole-cell patch clamp experiments showed that these sesquiterpene lactones potently inhibited recombinant TMEM16A currents in a concentration-dependent manner. The half-maximal concentration (IC50) values for three tested sesquiterpene lactones were 29.9 ± 1.1 µM, 19.7 ± 0.4 µM, and 24.5 ± 2.1 µM, while the maximal effect (E_max) values were 100.0% ± 2.8%, 85.8% ± 0.9%, and 88.3% ± 4.6%, respectively. These sesquiterpene lactones also significantly inhibited the endogenous TMEM16A currents and proliferation, and migration of LA795 lung cancer cells. These results demonstrate that mecheliolide, costunolide and dehydrocostus lactone are novel TMEM16A inhibitors and potential candidates for lung adenocarcinoma therapy.

• The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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• 제28권4호
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• pp.313-322
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• 2024

Mutations within the SCN5A gene, which encodes the α-subunit 5 (Na_V1.5) of the voltage-gated Na⁺ channel, have been linked to three distinct cardiac arrhythmia disorders: long QT syndrome type 3, Brugada syndrome (BrS), and cardiac conduction disorder. In this study, we have identified novel missense mutations (p.A385T/R504T) within SCN5A in a patient exhibiting overlap arrhythmia phenotypes. This study aims to elucidate the functional consequences of SCN5A mutants (p.A385T/R504T) to understand the clinical phenotypes. Whole-cell patch-clamp technique was used to analyze the Na_V1.5 current (I_Na) in HEK293 cells transfected with the wild-type and mutant SCN5A with or without SCN1B co-expression. The amplitude of I_Na was not altered in mutant SCN5A (p.A385T/R504T) alone. Furthermore, a rightward shift of the voltage-dependent inactivation and faster recovery from inactivation was observed, suggesting a gain-of-function state. Intriguingly, the co-expression of SCN1B with p.A385T/R504T revealed significant reduction of I_Na and slower recovery from inactivation, consistent with the loss-of-function in Na⁺ channels. The SCN1B dependent reduction of I_Na was also observed in a single mutation p.R504T, but p.A385T co-expressed with SCN1B showed no reduction. In contrast, the slower recovery from inactivation with SCN1B was observed in A385T while not in R504T. The expression of SCN1B is indispensable for the electrophysiological phenotype of BrS with the novel double mutations; p.A385T and p.R504T contributed to the slower recovery from inactivation and reduced current density of Na_V1.5, respectively.

• International Journal of Stem Cells
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• 제15권3호
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• pp.247-257
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• 2022

Background and Objectives: Although human-induced pluripotent stem cells (hiPSC) can be efficiently differentiated into cardiomyocytes (CMs), the heterogeneity of the hiPSC-CMs hampers their applications in research and regenerative medicine. Retinoic acid (RA)-mediated signaling pathway has been proved indispensable in cardiac development and differentiation of hiPSC toward atrial CMs. This study was aimed to test whether RA signaling pathway can be manipulated to direct the differentiation into sinoatrial node (SAN) CMs. Methods and Results: Using the well-characterized GiWi protocol that cardiomyocytes are generated from hiPSC via temporal modulation of Wnt signaling pathway by small molecules, RA signaling pathway was manipulated during the differentiation of hiPSC-CMs on day 5 post-differentiation, a crucial time point equivalent to the transition from cardiac mesoderm to cardiac progenitor cells in cardiac development. The resultant CMs were characterized at mRNA, protein and electrophysiology levels by a combination of qPCR, immunofluorescence, flow cytometry, and whole-cell patch clamp. The results showed that activation of the RA signaling pathway biased the differentiation of atrial CMs, whereas inhibition of the signaling pathway biased the differentiation of sinoatrial node-like cells (SANLCs). Conclusions: Our study not only provides a novel and simple strategy to enrich SANLCs but also improves our understanding of the importance of RA signaling in the differentiation of hiPSC-CMs.

• 한국수정란이식학회지
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• 제19권2호
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• pp.101-112
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• 2004

본 연구는 포유류인 $Cl^-$통로의 존재 여부를 확인하기 위하여 수행되었다. $Cl^-$통로는 비흥분성 세포에서 용적변화와 pH 조절, 이온운반계 등에 중요한 역할을 수행하므로 활발한 세포분화가 이루어지는 난자의 생존과 기능에 필수적 $Cl^-$통로 존재 여부를 확인하고자 하였다. 단일통로 전류를 기록하는 patch clamp 기법을 이용하였다. 세포외(pipette) 용액을 140 mM NaCl로 하고 세포내(bath) 용액을 70 mM, 140 mM, 280 mM NaCl로 바꾸어 주었을 때, 역전압($E_{rev}$) 은 $Cl^-$평형전압을 반영하는 -9.8${\pm}$0.5mV, 0mV, 11.5${\pm}$0.2mV로 변화하였다(n=4). 이런 결과는 이론치와 약간의 편차를 보이고 있으므로 이를 보정하기 위항 Goldman-Hodgkin-Katz(GHK) 식을 이용한 결과 $Cl^-$에 대한 $Na^+$의 투과성 ($P_{Na}$/$P_{Cl}$/)은 0.25로 추측할 수 있었다. Inside out patch mode에서 Pipette 용액과 bath 용액에 imperment인 NMDG-Cl로 구성하였을 경우 단일 통로가 기록되었다.(n=22). 막전압이 증가함에 따라 전도도(conductance)가 같이 증가하였으며 전류-전압 관계는 outward rectification을 보였다. 이런 특성을 나타내는 단일통로로 전류는 선택적 $Cl^-$통로 차단제인 IAA-94(indanyloxyacetic acid 94)에 의해 농도 의존적으로 차단되었으며 가역적으로 회복되었다. IAA의 $IC_{50}$은 32.6$\mu\textrm{M}$이었다. DIDS(4,4'-diisothiocyan ostillben-2-2'disulfonic acid)에 의해서는 전류크기가 감소 되는 빠른 억제기전을 나타내는 차단효과를 보였으며 시간경과에 따라 seblevel로 감소되는 subconductance block 이 나타났다. 이상의 결과는 햄스터 난자에서 chloride 통로가 존재하여, 물질이동과 pH 조절기능을 나타내는 외향성 전류-전압관계를 보이는 $Cl^-$ 통로의 성상으로 미루어 볼 때 난자의 pH 조절과 용적조절과 같은 생리적 환경 조성에 관여할 것으로 추정된다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제25권3호
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• pp.157-166
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• 2014

뉴론에서 ATP는 분비 과립내에 신경전달물질과 함께 다량 저장되어 있다가 신경전달물질과 함께 분비되는 것으로 알려져 있으므로 신경전달물질의 자극-분비(stimulus-secretion) coupling 과정에 있어 중요한 조절작용을 할 것으로 기대된다. 그러므로 본 연구에서는 뉴론과 그 발생학적 기원이 동일한 부신수질 세포(adrenal chromaffin cell)를 대상으로 하여 세포막 칼슘통로를 통한 세포막 전류에 미치는 ATP의 영향을 측정함으로써 신경전달물질이 자극-분비 coupling 과정에 작용하는 ATP의 조절 작용을 알아보고자 하였다. 부신수질 세포의 칼슘통로를 통한 세포막 전류는 패치클램프 테크닉으로 기록하였다. 10 mM $Ba^{2+}$을 포함한 세포 외 용액에서, $Ba^{2+}$ current는 0.1 mM ATP를 세포외부에 처치했을 때, 평균 $36{\pm}6%$ (n=6) 감소되어 나타났고 ATP를 씻어준 후 전류는 다시 회복되는 가역적 반응을 보였다. ATP의 전류 억제 기전을 알아보고자 칼슘통로에서 관찰되는 현상 중의 하나인 소통(facilitation)현상을 기록하였다. +80 mV의 큰 prepulse를 준 후 바로 테스트 펄스를 주며 측정한 전류는 큰 prepulse에 의해 억제효과가 풀리는(disinhibition) 현상을 나타내었다. ATP 처치 후 큰 자극을 주어 $37{\pm}5%$ (n=11)의 $Ba^{2+}$ 전류 증가가 있었고 이는 ATP가 없는 상태에서 순수하게 큰 자극에 의해 소통되는 $25{\pm}3%$ (n=12)과 유의한 차이를 보였다(p<0.05). ATP의 억제 기전이 G-protein을 매개로 한 것인지를 알아보고자 가수분해 되지 않는 GTP 유도체인 $GTP{\gamma}S$를 세포 내에 준 후 $Ba^{2+}$ 전류를 기록하였다. $GTP{\gamma}S$에 의해 55%의 전류 크기의 감소가 있었고 이 환경에서 큰 prepulse를 인가하였을 때 $34{\pm}4%$ (n=19)의 소통현상을 보였다. 이는 $GTP{\gamma}S$가 없는 환경에서의 $25{\pm}3%$ (n=12)의 소통현상을 보인 것과 유의한 차이를 보였다(p<0.05). $Ba^{2+}$ current trace의 활성화 과정(activation)을 curve-fitting한 결과, control은 single exponential curve로 fitting된 반면, ATP 또는 $GTP{\gamma}S$를 처치한 경우, 그리고 ATP와 $GTP{\gamma}S$ 모두 처치한 경우에서는 double-exponential curve로 가장 잘 fitting이 되었다. 즉, ATP나 $GTP{\gamma}S$를 처치했을 때 모두 전류가 더 느리게 활성화되는 모양을 나타내었고, 이상의 결과로 미루어 ATP와 $GTP{\gamma}S$는 같은 방식으로 칼슘통로를 억제하고, 이러한 억제효과는 세포막에 아주 큰 전압을 걸어주면 칼슘 통로에 결합했던 G-protein이 막전압 의존적으로 떨어짐으로써 소실(disinhibition)된다고 해석된다. 본 연구에서 확인한 ATP의 칼슘통로 억제효과는 자체 크로마핀 세포 또는 주변 세포에서 아드레날린이 적게 분비되게 하는 autocrine 또는 paracrine inhibition 과정의 중요한 기전으로 작용할 것이다.

• Journal of Chest Surgery
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• 제37권9호
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• pp.755-761
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• 2004

말기 허혈성 심근질환에서 좌심실내 원형패취 성형술(Dor 술식)이 심근 기능의 개선에 미치는 영향을 알아보고자 서울대학교병원 흉부외과에서 시행한 Dor 술식의 결과를 분석해 보았다. 대상 및 방법： 1998년 4월부터 2002년 12월 사이에 좌심박출계수 35% 이하의 허혈성 심근질환으로 관상동맥우회술과 함께 Dor 술식을 시행한 45례의 환자를 대상으로 수술 전, 수술 직후 및 술 후 1년째에 심초음파, 심근 SPECT, 심도자 및 조영술을 시행하여 좌심실 박출계수 및 용적 등의 변화를 비교 분석하였다. 결과: 심폐바이패스 및 대동맥 차단시간은 각각 평균 141$\pm$64, 69$\pm$24분이었다. 7례에서 수술전에 대동맥내풍선펌프를 사용하였으며 수술 중 및 수술 후 저심박출 증후군을 보인 9례와 3례에서 대동맥내 풍선펌프를 삽입하였다. 수술 사망은 1례(2.2%)가 있었으며, 합병증으로는 저심박출 증후군(12례), 심방세동(5례), 급성신부전(4례), 출혈에 의한 재수술(4례) 등이 있었다. 술 후 1개월째 환자의 NYHA 기능지수는 평균 2.8에서 1.1로 유의하게 향상되었다(p < 0.01). 수술 직후 시행한 좌심실조영술상 박출계수는 수술 전과 비교해서 32 $\pm$ 9%에서 52$\pm$11%로, asynergy 분획은 57 $\pm$ 12%에서 22 $\pm$ 9%로, 좌심실확장기말, 수축기말 용적 계수들도 각각 125$\pm$39 mL/$m^2$, 85 $\pm$30 mL/$m^2$에서 66$\pm$23 mL/$m^2$, 32$\pm$16 mL/$m^2$으로 통계적으로 유의한 개선을 보였다(p<0.01). 술 후 1년째에 시행한 심초음파검사, 심근 SPECT, 심도자 및 조영술상 수술 직후와 비교해서 좌심박출계수, 좌심실 확장기말용적, 좌심실 수축기말용적은 큰 차이는 없었으나, 좌심실 용적들은 조금씩 늘어나는 양상을 보였다. 결론: 허혈성심근질환에서 좌심실내 패취 성형술은 현저하게 좌심박출계수의 향상과 좌심실용적의 감소를 가져오며 술 후 1년까지도 지속되었으나, 좌심실용적은 다소 증가하는 양상을 보여 술 후에도 좌심실의 재확장을 막기 위한 적극적인 약물치료가 필요함을 시사하였다.

• 한국수정란이식학회지
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• 제21권1호
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• pp.35-43
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• 2006

이온 통로 및 이온 농도의 변화는 수정 현상을 포함한 다양한 세포 기능에 중요한 역할을 한다. 그러나 이러한 이온의 변화가 포유동물 배의 발달과정에 어떻게 관여하는지에 대해서는 알려진 바가 적다. 본 연구에서는 생쥐난자가 수정 이후 배 발달 과정을 거치는 동안 나타나는 칼슘과 포타슘 이온의 변화를 전기생리학적 실험 기법과 공초점 현미경을 이용하여 조사하였다. 수정 시에 나타나는 일시적인 세포내 칼슘 농도 변화는 활성 전류(수정 전류)와 함께 동반되었다. 그러나 수정과 같은 극적인 현상이나 자극이 없는 시기에는 세포내 칼슘 농도가 배 발달 시기와 상관없이 일정한 수준으로 유지되었다. 이것은 세포내외의 칼슘 농도의 보상현상으로도 설명할 수 있을 것이다. 배 발달이 진행됨에 따라 난관액의 포타슘 농도는 계속 증가하여 8세포기 배에서는 난자보다 26% 증가하였다. 상실배, 포배기에서는 포타슘 농도가 감소하였다. 배 발달이 진행됨에 따라 주로 포타슘 이온에 의해 조절되는 막 전압은 탈분극되고, 칼슘 이온의 세포 안으로의 유입은 점점 감소하였다. 생쥐 난자에 5 mM의 칼슘을 처리하였을 때 막 전압은 일시적인 과분극 현상을 보이다가 회복되었다. 칼슘 유입에 따른 막 전압 변화에 관여하는 포타슘 통로를 확인하기 위하여 포타슘 통로 차단제를 전 처리한 후 칼슘을 처리한 결과, 칼슘만을 단독으로 처리한 결과와 유의한 차이를 보이지 않았다. 막 전압의 과분극 현상은 잘 알려진 포타슘 통로 차단제인 TEA에 억제되지 않았다. 그리고 small conductance $Ca^{2+}$-activated 포타슘 통로 차단제 인 apamin에 의해서도 억제되지 않았다. 따라서 생쥐 난자에서 과분극을 유발시키는 포타슘 통로는 TEA와 apamin에 억제되지 않는 다른 포타슘 통로로 생각된다. 이상의 결과로부터 배 발달 동안 변화되는 칼슘과 포타슘 이온은 수정 및 초기 배 발달에 중요한 인자로써 작용할 것으로 생각되며, two-pore domain 포타슘 통로가 난자의 막 전압 조절에 관여할 가능성을 제시한다.