We performed experiments using Aplysia neurons to identify the mechanism underlying the changes in the firing patterns in response to temperature changes. When the temperature was gradually increased from $11^{\circ}C$ to $31^{\circ}C$ the firing patterns changed sequentially from the silent state to beating, doublets, beating-chaos, bursting-chaos, square-wave bursting, and bursting-oscillation patterns. When the temperature was decreased over the same temperature range, these sequential changes in the firing patterns reappeared in reverse order. To simulate this entire range of spiking patterns we modified nonlinear differential equations that Chay and Lee made using temperature-dependent scaling factors. To refine the equations, we also analyzed the spike pattern changes in the presence of potassium channel blockers. Based on the solutions of these equations and potassium channel blocker experiments, we found that, as temperature increases, the maximum value of the potassium channel relaxation time constant, ${\tau}_n(t)$ increases, but the maximum value of the probabilities of openings for activation of the potassium channels, n(t) decreases. Accordingly, the voltage-dependent potassium current is likely to play a leading role in the temperature-dependent changes in the firing patterns in Aplysia neurons.
Kim, Whan-Chul;Yi, Seung-Ho;Shin, Jung-Mi;Yoon, Tae-Sung
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.14
no.6
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pp.713-717
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1993
The crystal structure of the potassium salt of penicillin V has been studied by the X-ray crystallographic methods. Crystal data are as follows; potassium 3,3-dimethyl-7-oxo-6-phenoxyacetoamido-4-thia-1- azabicyclo[3.2.0]-heptane-2${\alpha}$-carboxylate, $K^+{\cdot}C_{16}H_{18}N_2O_5S^-$, $M_r$= 388.5, triclinic, Pl, a= 9.371 (1), b= 12.497 (2), c= 15.313 (2) ${\AA},\;{\alpha}= 93.74\;(2),\;{\beta}=99.32\;(1),\;{\gamma}=90.17\;(1)^{\circ},\;V=1765.7\;(2)\;{\AA}^3$, Z=4, $D_m=1.461\;gcm^{-1},\;{\lambda}(Cu\;K{\alpha})=1.5418\;{\AA},\;{\mu}=40.1\;cm^{-1}$, F(000)=808, T=296 K. The structure was solved by the heavy atom and difference Fourier methods with intensity data measured on an automated four-circle diffractometer. The structure was refined by the full-matrix least-squares method to a final R= 0.081 for 3563 observed $[I_0{\geq}2{\sigam}(I_0)]$ reflections. The four independent molecules assume different overall conformations with systematically different orientations of the phenyl groups although the penam moieties have the same closed conformations. There are intramolecular hydrogen bonds between the exocyclic amide nitrogen and phenoxy oxygen atoms. The penam moiety is conformationally very restricted although the carboxyl and exocyclic amide groups apparently have certain rotational degrees of freedom but the phenyl group is flexible about the ether bond despite the presence of the intramolecular N-H${\cdots}$O hydrogen bond. There are complicated pseudo symmetric relationships in the crystal lattice. The penam moieties are related by pseudo 20.5 screw axes and the phenyl groups by pseudo centers of symmetry. The potassium ions, related by both pseudo symmetries, form an infinite zigzag planar chain parallel to the b axis. Each potassium ion is coordinated to seven oxygen atoms in a severely distorted pentagonal bipyramid configuration, forming the infinite hydrophilic channels which in turn form the molecular stacks. Between these stacks, there are only lipophilic interactions involving the phenyl groups.
A complete cDNA sequence encoding a pore-forming subunit (Kir6.2) of ATP-senstive potassium channel in the adult worm, Clonorchis sinensis, termed CsKir6.2, was isolated from an adult CDNA library. The cDNA contained a single open-reading frame of 333 amino acids, which has a structural motif (a GFG-motif) of the putative pore-forming loop of the Kir6.2. Peculiarly, the Cskir6.2 shows a lack-sequence structure, which deleted 57 amino acids were deleted from its N-terminus. The predicted amino acid sequence revealed a highly conserved sequence as other known other Kir6.2 subunits. The mRNA was weekly expressed in the adult worm.
Stomatal closing by ozone and water stress could reduce further ozone injury by inhibition of ozone influx to the tissue. Direct effect of ozone on stomata can be explained from two aspects which are a stimulation of stomatal closing and an inhibition of stomatal opening. An increase of $Ca^{2+}$ influx into cytoplasm by ozone could stimulate potassium efflux ion channel and inhibits inward potassium ion channels. By this mechanism ozone could induce stomatal closing. On the other hand, ozone could inhibit stomatal opening by affecting the activity of $H^{+}$ dependent ATPase of the membrane in guard cells. This would inhibit proton efflux which precede stomatal opening. It is also possible that ozone could reduce the activity of photosynthesis in guard cells which lead to affect the production of osmotically active sugars and energy. Indirect effect of ozone to stomata is through the effect of $CO_2$ elevation as a result of damage of the photozynthetic machinery. This indirect effect is slower than the direct effect.
KCNQ family constitutes slowly-activating potassium channels among voltage-gated potassium channel superfamily. Recent studies suggested that KCNQ4 and 5 channels are abundantly expressed in smooth muscle cells, especially in lower urinary tract including corpus cavernosum and that both channels can exert membrane stabilizing effect in the tissues. In this article, we examined the electrophysiological characteristics of overexpressed KCNQ4, 5 channels in HEK293 cells with recently developed KCNQ-specific agonist. With submicromolar EC50, the drug not only increased the open probability of KCNQ4 channel but also increased slope conductance of the channel. The overall effect of the drug in whole-cell configuration was to increase maximal whole-cell conductance, to prolongate the activation process, and left-shift of the activation curve. The agonistic action of the drug, however, was highly attenuated by the co-expression of one of the β ancillary subunits of KCNQ family, KCNE4. Strong in vitro interactions between KCNQ4, 5 and KCNE4 were found through Foster Resonance Energy Transfer and co-immunoprecipitation. Although the expression levels of both KCNQ4 and KCNE4 are high in mesenteric arterial smooth muscle cells, we found that 1 μM of the agonist was sufficient to almost completely relax phenylephrine-induced contraction of the muscle strip. Significant expression of KCNQ4 and KCNE4 in corpus cavernosum together with high tonic contractility of the tissue grants highly promising relaxational effect of the KCNQ-specific agonist in the tissue.
Pain is an unpleasant sensation experienced when tissues are damaged. Thus, pain sensation in some way protects body from imminent threat or injury. Peripheral sensory nerves innervated to peripheral tissues initially respond to multiple forms of noxious or strong stimuli, such as heat, mechanical and chemical stimuli. In response to these stimuli, electrical signals for conducting the nociceptive neural signals through axons are generated. These action potentials are then conveyed to specific areas in the spinal cord and in the brain. Sensory afferent fibers are heterogeneous in many aspects. For example, sensory nerves are classified as $A{\alpha}$, $-{\beta}$, $-{\delta}$ and C-fibers according to their diameter and degree of myelination. It is widely accepted that small sensory fibers tend to respond to vigorous or noxious stimuli and related to nociception. Thus these fibers are specifically called nociceptors. Most of nociceptors respond to noxious mechanical stimuli and heat. In addition, these sensory fibers also respond to chemical stimuli [Davis et al. (1993)] such as capsaicin. Thus, nociceptors are considered polymodal. Recent advance in research on ion channels in sensory neurons reveals molecular mechanisms underlying how various types of stimuli can be transduced to neural signals transmitted to the brain for pain perception. In particular, electrophysiological studies on ion channels characterize biophysical properties of ion channels in sensory neurons. Furthermore, molecular biology leads to identification of genetic structures as well as molecular properties of ion channels in sensory neurons. These ion channels are expressed in axon terminals as well as in cell soma. When these channels are activated, inward currents or outward currents are generated, which will lead to depolarization or hyperpolarization of the membrane causing increased or decreased excitability of sensory neurons. In order to depolarize the membrane of nerve terminals, either inward currents should be generated or outward currents should be inhibited. So far, many cationic channels that are responsible for the excitation of sensory neurons are introduced recently. Activation of these channels in sensory neurons is evidently critical to the generation of nociceptive signals. The main channels responsible for inward membrane currents in nociceptors are voltage-activated sodium and calcium channels, while outward current is carried mainly by potassium ions. In addition, activation of non-selective cation channels is also responsible for the excitation of sensory neurons. Thus, excitability of neurons can be controlled by regulating expression or by modulating activity of these channels.
Kim, Na-Ri;Youm, Jae-Boum;Joo, Hyun;Kim, Hyung-Kyu;Kim, Eui-Yong;Han, Jin
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.9
no.4
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pp.187-193
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2005
Several signal transduction pathways have been implicated in ischemic preconditioning induced by the activation of ATP-sensitive $K^+$$(K_{ATP})$ channels. We examined whether protein kinase C (PKC) modulated the activity of $K_{ATP}$ channels by recording $K_{ATP}$ channel currents in rabbit ventricular myocytes using patch-clamp technique and found that phorbol 12,13-didecanoate (PDD) enhanced pinacidil-induced $K_{ATP}$ channel activity in the cell-attached configuration; and this effect was prevented by bisindolylmaleimide (BIM). $K_{ATP}$ channel activity was not increased by $4{\alpha}-PDD$. In excised insideout patches, PKC stimulated $K_{ATP}$ channels in the presence of 1 mM ATP, and this effect was abolished in the presence of BIM. Heat-inactivated PKC had no effect on channel activity. PKC-induced activation of $K_{ATP}$ channels was reversed by PP2A, and this effect was not detected in the presence of okadaic acid. These results suggest that PKC activates $K_{ATP}$ channels in rabbit ventricular myocytes.
The aim of the present study was to investigate the effect of glibenclamide, a hypoglycemic sulfonylurea, which selectively blocks ATP-sensitive K$^+$ channels, on secretion of catecholamines (CA) evoked by cholinergic stimulation and membrane depolarization from the isolated perfused rat adrenal glands. The perfusion of glibenclamide (1.0 mM) into an adrenal vein for 90 min produced time-dependently enhanced the CA secretory responses evoked by ACh (5.32 mM), high K$^+$ (a direct membrane depolarizer, 56 mM), DMPP (a selective neuronal nicotinic receptor agonist, 100 ${\mu}$M for 2 min), McN-A-343 (a selective muscarinic M1 receptor agonist, 100 ${\mu}$M for 2 min), Bay-K-8644 (an activator of L-type dihydropyridine Ca$^{2+}$ channels, 10 ${\mu}$M for 4 min) and cyclopiazonic acid (an activator of cytoplasmic Ca$^{2+}$-ATPase, 10 ${\mu}$M for 4 min). In adrenal glands simultaneously preloaded with glibenclamide (1.0 mM) and nicorandil (a selective opener of ATP-sensitive K$^+$ channels, 1.0 mM), the CA secretory responses evoked by ACh, high potassium, DMPP, McN-A-343, Bay-K-8644 and cyclopiazonic acid were recovered to the considerable extent of the control release in comparison with that of glibenclamide-treatment only. Taken together, the present study demonstrates that glibenclamide enhances the adrenal CA secretion in response to stimulation of cholinergic (both nicotinic and muscarinic) receptors as well as by membrane depolarization from the isolated perfused rat adrenal glands. It seems that this facilitatory effect of glibenclamide may be mediated by enhancement of both Ca$^{2+}$ influx and the Ca$^{2+}$ release from intracellular store through the blockade of K$_{ATP}$ channels in the rat adrenomedullary chromaffin cells. These results suggest that glibenclamide-sensitive K$_{ATP}$ channels may play a regulatory role in the rat adrenomedullary CA secretion.
Proceedings of the Korean Biophysical Society Conference
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2001.06a
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pp.38-38
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2001
We cloned the cDNA encoding the neuron-specific $\beta$-subunit ($\beta$4) of large-conductance calcium-activated potassium channels from rat brain and determined the DNA sequences of the entire coding region (GenBank accession; AY028605). The deduced amino acid sequences of r$\beta$4, 210 amino acids in length, are closely related to the $BK_{Ca}$$\beta$4 subunits of other species but show only limited sequence homology to other $\beta$-subunits, $\beta$1-$\beta$3.(omitted)d)
Kim, Eun-Joo;Kim, Ki-Suk;Shin, Won-Ho;Seo, Joung-Wook;Choi, Gyu-Kap;Park, Eun-Kyung;Hwang, Ji-Yoon;Han, Sang-Seop
Proceedings of the PSK Conference
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2003.10b
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pp.77.1-77.1
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2003
Prolongation of the QT interval may result in a potentially dangerous arrhythmia. The most commonly proposed mechanism for QT interval prolongation(LQT) by pharmaceuticals is inhibition of the rapid delayed rectifier potassium channel (I$\sub$Kr). The LQT potency of pharmaceuticals can be effectively evaluated by examining the effect on human ether-a go-go-related gene (hERG) channels expressed in CHO cells, known to be equal to I$\sub$kr/. We have transfected JERG into CHO cell lines transiently to express high levels of functional hERG channels. (omitted)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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