Change in intracellular $Ca^{2+}$-concentration ($[Ca^{2+}]_i$) is an essential event for egg activation and further development. $Ca^{2+}$ ion is originated from intracellular $Ca^{2+}$-store via inositol 1,4,5-triphosphate receptor and/or $Ca^{2+}$ influx via $Ca^{2+}$ channel. This study was performed to investigate whether changes in $Ca^{2+}$/calmodulin dependent protein kinase II (CaM KII) activity affect $Ca^{2+}$ influx during artificial egg activation with ethanol using $Ca^{2+}$ monitoring system and whole-cell patch clamp technique. Under $Ca^{2+}$ ion-omitted condition, $Ca^{2+}$-oscillation was stopped within 30 min post microinjection of porcine sperm factor, and ethanol-induced $Ca^{2+}$ increase was reduced. To investigate the role of CaM KII known as an integrator of $Ca^{2+}$- oscillation during mammalian egg fertilization, CaM KII activity was tested with a specific inhibitor KN-93. In the eggs treated with KN-93, ethanol failed to induce egg activation. In addition, KN-93 inhibited inward $Ca^{2+}$ current ($I_{Ca}$) in a time-dependent manner in whole-cell configuration. Immunostaining data showed that the voltage-dependent $Ca^{2+}$ channels were distributed along the plasma membrane of mouse egg and 2-cell embryo. From these results, we suggest that $Ca^{2+}$ influx during fertilization might be controlled by CaM KII activity.
Neurons in the nucleus raphe magnus are involved in descending modulation of nociceptive transmission. In this study, we attempted to investigate electrophysiological properties of the NRM neurons dissociated from the postnatal rat medulla. The NRM neurons in the coronal slices of and the dissociated neurons from the postnatal rat medullae were immunohistochemically identified using antibody against serotonin. Relatively small number of neurons were positively stained in both preparations. The positively stained neurons displayed large cell body with double or multiple neurites. Using whole-cell patch clamp configuration ionic currents were recorded from the dissociated NRM-like neurons selected by criteria such as size and shape of cell body and cell population. Two types, high- and low-threshold, of voltage-dependent calcium currents were recorded from the dissociated NRM-like neurons. Some neurons displayed both types of calcium currents, whereas others displayed only high-threshold calcium current. Voltage-dependent potassium currents were also recorded from the dissociated NRM neurons. Some neurons displayed both transient outward and delayed rectifier currents but others showed only delayed rectifier current. These results suggest that there are at least two types of calcium currents and two types of potassium currents in the dissociated NRM neurons.
The intermediate conductance $Ca^{2+}-activated$$K^+$ channels (SK4, IKCa1) are present in lymphocytes, and their membrane expression is upregulated by various immunological stimuli. In this study, the activity of SK4 was compared between Bal-17 and WEHI-231 cell lines which represent mature and immature stages of murine B lymphocytes, respectively. The whole-cell patch clamp with high-$Ca^{2+}$ ($0.8{\mu}M$) KCl pipette solution revealed a voltage-independent $K^+$ current that was blocked by clotrimazole (1 mM), an SK4 blocker. The expression of mRNAs for SK4 was confirmed in both Bal-17 and WEHI-231 cells. The density of clotrimazole-sensitive SK4 current was significantly larger in Bal-17 than WEHI-231 cells ($-11.4{\pm}3.1$ Vs. $-5.7{\pm}1.15$ pA/pF). Also, the chronic stimulation of B cell receptors (BCR) by BCR-ligation (anti-IgM Ab, $3{\mu}g$/ml, 8∼12 h) significantly upregulated the amplitude of clotrimazolesensitive current from $-11.4{\pm}3.1$ to $-53.1{\pm}8.6$ pA/pF in Bal-17 cells. In WEHI-231 cells, the effect of BCR-ligation was significantly small ($-5.7{\pm}1.15$ to $-9.0{\pm}1.00$ pA/pF). The differential expression and regulation by BCR-ligation might reflect functional changes in the maturation of B lymphocytes.
An impaired smooth muscle cell (SMC) relaxation of coronary artery by alteration of $K^+$ channels would be the most potential explanation for reduced coronary reserve in left ventricular hypertrophy (LVH), however, this possibility has not been investigated. We performed morphometrical analysis of the coronary artery under electron microscopy and measured $Ca^{2+}-activated\;K\;(K_{Ca})$ currents and delayed rectifier K $(K_{dr})$ currents by whole-cell and inside-out patch-clamp technique in single coronary arterial SMCs from rabbits subjected to isoprenaline-induced cardiac hypertrophy. Coronary arterial SMCs underwent significant changes in ultrastructure. The unitary current amplitude and the open-state probability of $K_{Ca}$ channel were significantly reduced in hypertrophy without open-time and closed-time kinetic. The concentration-response curve of $K_{Ca}$ channel to $Ca^{2+}$ is shifted to the right in hypertrophy. The reduction in the mean single channel current and increase in the open channel noise of $K_{Ca}$ channel by TEA were more sensitive in hypertrophy. $K_{dr}$ current density is significantly reduced in hypertrophy without activation and inactivation kinetics. The sensitivity of $K_{dr}$ current on 4-AP is significantly increased in hypertrophy. This is the first study to report evidence for alterations of $K_{Ca}$ channels and $K_{dr}$ channels in coronary SMCs with LVH. The findings may provide some insight into mechanism of the reduced coronary reserve in LVH.
The aim of this study was to clarify the mechanism of the inhibitory action of carbon monoxide (CO) on contraction, by measuring cytosolic $Ca^{2+}$ level $([Ca^{2+}]_i)$ and ionic currents in guinea-pig ileum. CO (10%) inhibited 40 mM KCl-induced contraction and this effect was blocked by ODQ $(1\;{\mu}M),$ a soluble guanylyl cyclase (sGC) inhibitor. CO inhibited the 40 mM KCl-induced contraction without changing $[Ca^{2+}]_i.$ Cumulative addition of KCl induced a graded increase in $[Ca^{2+}]_i$ and muscle tension. In the presence of CO, cumulative addition of KCl induced smaller contraction than in the absence of CO. On the other hand, the increase in $[Ca^{2+}]_i$ induced by cumulative addition of KCl was only slightly decreased in the presence of CO, and the $[Ca^{2+}]_i-tension$ relationship shifted downwards. Using the patch clamp technique with a holding potential of -60 mV, we found that CO had little effect on the peak Ba currents $(I_{Ba})$ when voltage was stepped from -60 mV to 0 mV. In addition, CO showed no effect on the depolarization-activated outward $K^+$ currents in the all potential ranges. We conclude that CO inhibits smooth muscle contraction mainly by decreasing the $Ca^{2+}$ sensitivity of contractile elements via a cGMP-dependent pathway, not by involving L-type $Ca^{2+}$ and outward-potassium currents in guinea-pig ileum.
Paroxetine, a selective serotonin reuptake inhibitor (SSRI), has been reported to have an effect on several ion channels including human ether-a-go-go-related gene in a SSRI-independent manner. These results suggest that paroxetine may cause side effects on cardiac system. In this study, we investigated the effect of paroxetine on Kv1.5, which is one of cardiac ion channels. The action of paroxetine on the cloned neuronal rat Kv1.5 channels stably expressed in Chinese hamster ovary cells was investigated using the whole-cell patch-clamp technique. Paroxetine reduced Kv1.5 whole-cell currents in a reversible concentration-dependent manner, with an $IC_{50}$ value and a Hill coefficient of $4.11{\mu}M$ and 0.98, respectively. Paroxetine accelerated the decay rate of inactivation of Kv1.5 currents without modifying the kinetics of current activation. The inhibition increased steeply between -30 and 0 mV, which corresponded with the voltage range for channel opening. In the voltage range positive to 0 mV, inhibition displayed a weak voltage dependence, consistent with an electrical distance ${\delta}$ of 0.32. The binding ($k_{+1}$) and unbinding ($k_{-1}$) rate constants for paroxetine-induced block of Kv1.5 were $4.9{\mu}M^{-1}s^{-1}$ and $16.1s^{-1}$, respectively. The theoretical $K_D$ value derived by $k_{-1}/k_{+1}$ yielded $3.3{\mu}M$. Paroxetine slowed the deactivation time course, resulting in a tail crossover phenomenon when the tail currents, recorded in the presence and absence of paroxetine, were superimposed. Inhibition of Kv1.5 by paroxetine was use-dependent. The present results suggest that paroxetine acts on Kv1.5 currents as an open-channel blocker.
The effect of forskolin on corticostriatal synaptic transmission was examined by recording excitatory postsynaptic currents (EPSCs) in rat brain slices using the whole-cell voltage-clamp technique. Forskolin produced a dose-dependent increase of corticostriatal EPSCs (1, 3, 10, and $30{\mu}M$) immediately after its treatment, and the increase at 10 and $30{\mu}M$ was maintained even after its washout. When the brain slices were pre-treated with (DL)-2-amino-phosphonovaleric acid (AP-V, $100{\mu}M$), an NMDA receptor antagonist, the acute effect of forskolin ($10{\mu}M$) was blocked. However, after washout of forskolin, an increase of corticostriatal EPSCs was still observed even in the presence of AP-V. When KT 5720 ($5{\mu}M$), a protein kinase A (PKA) inhibitor, was applied through the patch pipette, forskolin ($10{\mu}M$) increased corticostriatal EPSCs, but this increase was not maintained. When forskolin was applied together with AP-V and KT 5720, both the increase and maintenance of the corticostriatal EPSCs were blocked. These results suggest that forskolin activates both NMDA receptors and PKA, however, in a different manner.
Li, Hai Ying;Lee, Byung-Ky;Kim, Joong-Soo;Jung, Sung-Jun;Oh, Seog-Bae
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.12
no.6
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pp.315-321
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2008
Eugenol is widely used in dentistry to relieve pain. We have recently demonstrated voltage-gated $Na^+$ and $Ca^{2+}$ channels as molecular targets for its analgesic effects, and hypothesized that eugenol acts on $P2X_3$, another pain receptor expressed in trigeminal ganglion (TG), and tested the effects of eugenol by whole-cell patch clamp and $Ca^{2+}$ imaging techniques. In the present study, we investigated whether eugenol would modulate 5'-triphosphate (ATP)-induced currents in rat TG neurons and $P2X_3$-expressing human embryonic kidney (HEK) 293 cells. ATP-induced currents in TG neurons exhibited electrophysiological properties similar to those in HEK293 cells, and both ATP- and $\alpha$, $\beta$-meATP-induced currents in TG neurons were effectively blocked by TNP-ATP, suggesting that $P2X_3$ mediates the majority of ATP-induced currents in TG neurons. Eugenol inhibited ATP-induced currents in both capsaicin-sensitive and capsaicin-insensitive TG neurons with similar extent, and most ATP-responsive neurons were IB4-positive. Eugenol inhibited not only $Ca^{2+}$ transients evoked by $\alpha$, $\beta$-meATP, the selective $P2X_3$ agonist, in capsaicin-insensitive TG neurons, but also ATP-induced currents in $P2X_3$-expressing HEK293 cells without co-expression of transient receptor potential vanilloid 1 (TRPV1). We suggest, therefore, that eugenol inhibits $P2X_3$ currents in a TRPV1-independent manner, which contributes to its analgesic effect.
Nausea and emesis are a major side effect and obstacle for chemotherapy in cancer patients. Employ of antiemetic drugs help to suppress chemotherapy-induced emesis in some patients but not all patients. Ginger, an herbal medicine, has been traditionally used to treat various kinds of diseases including gastrointestinal symptoms. Ginger is effective in alleviating nausea and emesis, particularly, for cytotoxic chemotherapy drug-induced emesis. Ginger-mediated antiemetic effect has been attributed to its pungent constituents-mediated inhibition of serotonin (5-HT) receptor activity but its cellular mechanism of action is still unclear. Emetogenic chemotherapy drugs increase 5-HT concentration and activate visceral vagal afferent nerve activity. Thus, 5-HT mediated vagal afferent activation is essential to provoke emesis during chemotherapy. In this experiment, water extract of ginger and its three major pungent constituent's effect on 5-HT-evoked responses were tested on acutely dispersed visceral afferent neurons with patch-clamp methods. The ginger extract has similar effects to antiemetic drug ondansetron by blocking 5-HT-evoked responses. Pungent constituents of the ginger, [6]-shogaol, [6]-gingerol, and zingerone inhibited 5-HT responses in a dose dependent manner. The order of inhibitory potency for these compounds were [6]-shogaol>[6]-gingerol>zingerone. Unlike well-known competitive 5-HT3 receptor antagonist ondansetron, all tested ginger constituents acted as non-competitive antagonist. Our results imply that ginger and its pungent constituents exert antiemetic effects by blocking 5-HT-induced emetic signal transmission in vagal afferent neurons.
The effects of (-)-epigallocatechin gallate (EGCG) on pacemaker activities of cultured interstitial cells of Cajal (ICC) from murine small intestine were investigated using whole-cell patch-clamp technique at $30^{\circ}C$ and $Ca^{2+}$ image analysis. ICC generated spontaneous pacemaker currents at a holding potential of -70 mV. The treatment of ICC with EGCG resulted in a dose-dependent decrease in the frequency and amplitude of pacemaker currents. SQ-22536, an adenylate cyclase inhibitor, and ODQ, a guanylate cyclase inhibitor, did not inhibit the effects of EGCG. EGCG-induced effects on pacemaker currents were not inhibited by glibenclamide, an ATP-sensitive $K^+$ channel blocker and TEA, a $Ca^{2+}$-activated $K^+$ channel blocker. Also, we found that EGCG inhibited the spontaneous $[Ca^{2+}]_i$ oscillations in cultured ICC. In conclusion, EGCG inhibited the pacemaker activity of ICC and reduced $[Ca^{2+}]_i$ oscillations by cAMP-, cGMP-, ATP-sensitive $K^+$ channel-independent manner.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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