To learn the developmental changes in intrinsic electrophysiological properties of the second order taste neurons, whole cell recordings from the developing nucleus of the solitary tract neurons were done in brainstem slices of postnatal rats. Rats aged from postnatal 0 to 21 days (P0-P21) were used, being divided into 3 age groups: postnatal first week (P0-P7 days), second week (P8-P14 days), and third week (P15-P21 days). Slices containing gustatory NTS were cut horizontally in the thickness of $300\;{\mu}m.$ Whole cell recordings were obtained from neurons in response to a series of hyperpolarizing and depolarizing current pulses. The intrinsic electrophysiological properties of the rostral NTS (rNTS) neurons were compared among the age groups. Depolarizing current pulses evoked a train of action potentials in all neurons of all age groups. The resting membrane potential and input resistance of the neurons did not show any significant differences during the postnatal 3 weeks. The time constant, however, decreased during the development. Duration of action potential measured at half maximum amplitude was longer in younger age groups. Both the maximum rate of rise and the maximum rate of fall in the action potential increased during the first 3 weeks postnatal. Electrophysiologically more than half neurons were type III. In summary, it is suggested that developmental changes in electrophysiological properties in rNTS occur during the first three weeks in rats.
Low-threshold T-type $Ca^{2+}$ channels are distinctive voltage-operated gates for external $Ca^{2+}$ entry around a resting membrane potential due to their low voltage activation. These phenomena have already been extensively studied due to their relevance in diverse physiological functions. Recently, three T-type $Ca^{2+}$ channel ${\alpha}$$_1$subunits were cloned and their biophysical properties were characterized after expression in mammalian expression systems. In this study, ${\alpha_IG} and {\alpha_IH}$ low-threshold $Ca^{2+}$ channels were expressed and characterized in Xenopus oocytes after adding 5' and 3'untranslated portions of a Xenopus ${\beta}$ globin to improve their expression levels. The added portions dramatically enhanced the expression levels of the ${\alpha_IG} and {\alpha_IH}$ T-type channels. When currents were recorded in 10 mM $Ba^{2+}$ as the charge carrier, the activation thresholds were about -60 mV, peak currents appeared at -20 mV, and the reversal potentials were between +40 and +45. The activation time constants were very similar to each other, while the inactivation time constants of the ${\alpha_IG}$ currents were smaller than those of ${\alpha_IH}$. Taken together, the electrophysiological properties of the ${\alpha_IG} and {\alpha_IH}$ channels expressed in Xenopus oocytes were similar to the previously reported characteristics of low-threshold $Ca^{2+}$ channel currents.
Gastrointestinal motility consists of phasic slow-wave contractions and the migrating motor complex (MMC). Eupatilin (Stillen$^{(R)}$) has been widely used to treat gastritis and peptic ulcers, and various cytokines and neuropeptides are thought to be involved, which can affect gastrointestinal motility. We performed a study to identify the effects of eupatilin on lower gastrointestinal motility with electromechanical recordings of smooth muscles in the human ileum and colon. Ileum and colon samples were obtained from patients undergoing bowel resection. The tissues were immediately stored in oxygenated Krebs-Ringer's bicarbonate solution, and conventional microelectrode recordings from muscle cells and tension recordings from muscle strips and ileal or colonic segments were performed. Eupatilin was perfused into the tissue chamber, and changes in membrane potentials and contractions were measured. Hyperpolarization of resting membrane potential (RMP) was observed after administration of eupatilin. The amplitude, AUC, and frequency of tension recordings from circular and longitudinal smooth muscle strips and bowel segments of the ileum and colon were significantly decreased after admission of eupatilin. Eupatilin elicited dose-dependent decreases during segmental tension recordings. In conclusion, eupatilin (Stillen$^{(R)}$) showed inhibitory effects on the human ileum and colon. We propose that this drug may be useful for treating diseases that increase bowel motility, but further studies are necessary.
Park, Kyu-Sang;Cha, Seung-Kyu;Lee, Keon-Il;Jun, Jae-Yeoul;Jeong, Seong-Woo;Kong, In-Deok;Lee, Joong-Woo
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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제6권5호
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pp.247-253
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2002
Major pelvic ganglia (MPG) neurons are classified into sympathetic and parasympathetic neurons according to the electrophysiological properties; membrane capacitance (Cm), expression of T-type $Ca^{2+}$ channels, and the firing patterns during depolarization. In the present study, function and molecular expression of ATP-sensitive $K^+\;(K_{ATP})$ channels was investigated in MPG neurons of male rats. Only in parasympathetic MPG neurons showing phasic firing patterns, hyperpolarizing changes were elicited by the application of diazoxide, an activator of $K_{ATP}$ channels. Glibenclamide $(10{\mu}M),$ a $K_{ATP}$ channel blocker, completely abolished the diazoxide-induced hyperpolarization. Diazoxide increased inward currents at high $K^+$ (90 mM) external solution, which was also blocked by glibenclamide. The metabolic inhibition by the treatment with mitochondrial respiratory chain inhibitors (rotenone and antimycin) hyperpolarized the resting membrane potential of parasympathetic neurons, which was not observed in sympathetic neurons. The hyperpolarizing response to metabolic inhibition was partially blocked by glibenclamide. RT-PCR analysis revealed that MPG neurons mainly expressed the $K_{ATP}$ channel subunits of Kir6.2 and SUR1. Our results suggest that MPG neurons have $K_{ATP}$ channels, mainly formed by Kir6.2 and SUR1, with phenotype-specificity, and that the conductance through this channel in parasympathetic neurons may contribute to the changes in excitability during hypoxia and/or metabolic inhibition.
This study used in vivo intracellular recording in rat hippocampus to evaluate the effect of lidocaine and MK-801 on the membrane properties and the synaptic responses of individual neurons to electrical stimulation of the commissural pathway. Cells in control group typically fired in a tonic discharge mode with an average firing frequency of $2.4{\pm}0.9$ Hz. Neuron in MK-801 treated group (0.2 mg/kg, i.p.) had an average input resistance of $3.28{\pm}5.7\;M{\Omega}$ and a membrane time constant of $7.4{\pm}1.8$ ms. These neurons exhibited $2.4{\pm}0.2$ ms spike durations, which were similar to the average spike duration recorded in the neurons of the control group. Slightly less than half of these neurons were firing spontaneously with an average discharge rate of $2.4{\pm}1.1$ Hz. The average peak amplitude of the AHP following the spikes in these groups was $7.4{\pm}0.6$ mV with respect to the resting membrane potential. Cells in MK-801 and lidocaine treated group (5 mg/kg, i.c.v.) had an average input resistance of $3.45{\pm}6.0\;M{\Omega}$ and an average time constant of $8.0{\pm}1.4$ ms. The cells were firing spontaneously at an average discharge rate of $0.6{\pm}0.4$ Hz. Upon depolarization of the membrane by 0.8 nA for 400 ms, all of the tested cells exhibited accommodation of spike discharge. The most common synaptic response contained an EPSP followed by early-IPSP and late-IPSP. Analysis of the voltage dependence revealed that the early-IPSP and late-IPSP were putative $Cl^--and\;K^+-dependent$, respectively. Systemic injection of the NMDA receptor blocker, MK-801, did not block synaptic responses to the stimulation of the commissural pathway. No significant modifications of EPSP, early-IPSP, or late-IPSP components were detected in the MK-801 and/or lidocaine treated group. These results suggest that MK-801 and lidocaine manifest their CNS effects through firing pattern of hippocampal pyramidal cells and neural network pattern by changing the synaptic efficacy and cellular membrane properties.
Interneuron diversity is one of the key factors to hinder understanding the mechanism of cortical neural network functions even with their important roles. We characterized inhibitory interneurons in layer II/III of the rat primary visual cortex, using patch-clamp recording and confocal reconstruction, and classified inhibitory interneurons into fast spiking (FS), late spiking (LS), burst spiking (BS), and regular spiking non-pyramidal (RSNP) neurons according to their electrophysiological characteristics. Global parameters to identify inhibitory interneurons were resting membrane potential (>-70 mV) and action potential (AP) width (<0.9 msec at half amplitude). FS could be differentiated from LS, based on smaller amplitude of the AP (<∼50 mV) and shorter peak-to-trough time (P-T time) of the afterhyperpolarization (<4 msec). In addition to the shorter AP width, RSNP had the higher input resistance (>200 $M{Omega}$) and the shorter P-T time (<20 msec) than those of regular spiking pyramidal neurons. Confocal reconstruction of recorded cells revealed characteristic morphology of each subtype of inhibitory interneurons. Thus, our results provide at least four subtypes of inhibitory interneurons in layer II/III of the rat primary visual cortex and a classification scheme of inhibitory interneurons.
Cho, Pyung Sun;Lee, Han Kyu;Lee, Sang Hoon;Im, Jay Zoon;Jung, Sung Jun
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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제20권5호
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pp.525-531
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2016
The analgesic mechanism of opioids is known to decrease the excitability of substantia gelatinosa (SG) neurons receiving the synaptic inputs from primary nociceptive afferent fiber by increasing inwardly rectifying $K^+$ current. In this study, we examined whether a ${\mu}$-opioid agonist, [D-Ala2,N-Me-Phe4, Gly5-ol]-enkephalin (DAMGO), affects the two-pore domain $K^+$ channel (K2P) current in rat SG neurons using a slice whole-cell patch clamp technique. Also we confirmed which subtypes of K2P channels were associated with DAMGO-induced currents, measuring the expression of K2P channel in whole spinal cord and SG region. DAMGO caused a robust hyperpolarization and outward current in the SG neurons, which developed almost instantaneously and did not show any time-dependent inactivation. Half of the SG neurons exhibited a linear I~V relationship of the DAMGO-induced current, whereas rest of the neurons displayed inward rectification. In SG neurons with a linear I~V relationship of DAMGO-induced current, the reversal potential was close to the $K^+$ equilibrium potentials. The mRNA expression of TWIK (tandem of pore domains in a weak inwardly rectifying $K^+$ channel) related acid-sensitive $K^+$ channel (TASK) 1 and 3 was found in the SG region and a low pH (6.4) significantly blocked the DAMGO-induced $K^+$ current. Taken together, the DAMGO-induced hyperpolarization at resting membrane potential and subsequent decrease in excitability of SG neurons can be carried by the two-pore domain $K^+$ channel (TASK1 and 3) in addition to inwardly rectifying $K^+$ channel.
[ $K_{ATP}$ ]채널은 세포내 ATP에 의해서 억제되는 포타슘 채널로서 혈관평활근, 골격근 및 체장의 ${\beta}$세포 막에 존재하여, 근세포의 막전압 조절을 통하여 근수축 및 이완을 조절할 뿐만 아니라 췌장의 ${\beta}$세포로부터 인슐린분비를 조절한다. 홍삼 복합사포닌 및 사포닌 $Rg_3$ 성분은 토끼 관상동맥 평활근세포의 칼슘의존성-포타슘채널$(BK_{Ca})$의 활성을 증가시켜 막전압의 과분극을 유발하여 혈관평활근을 이완시킨다. 사포닌 $Rg_3$성분은 홍삼의 복합사포닌 성분보다 $BK_{Ca}$에 더 높은 활성을 보이기 때문에 본 연구는 사포닌 $Rg_3$성분이 토끼 관상동맥 단일 평활근세포의 ${\beta}$채널의 활성도를 조절하는지를 팻치클램프 방법으로 기록하였다. 막전압 의존성과 함께 내향전류(inward rectification)특성을 보이는 ${\beta}$채널의 활성을 토끼 관상동맥 평활근 세포로부터 기록하였다. 이 ${\beta}$채널은 ATP와 giyburide에 의해서 억제되었으며 minoxidil에 의해서 활성이 증가되었다. 홍삼 사포닌 $Rg_3$성분은 $K_{ATP}$채널의 전류극대치에는 영향을 주지 않고 전류의 inactivation을 억제시켜 결과적으로 $K_{ATP}$채널의 활성을 증가시켰으며, 단일 KhTr채널이 열리는 시간도 증가시켰다. 따라서 본 실험 결과는 사포닌 $Rg_3$성분이 KATP채널의 활성을 증가시켜 막전압을 조절하여 관상동맥 평활근의 이완을 촉진한다고 여겨진다.
The effects of various inotropic interventions on the shape of the steady state length tension relation and the length-dependent activation process in cardiac muscle were studied. The influence of inotropic interventions upon the action potential was also observed. The range of varying muscle length was from the optimal length$(l_{max})$, where the active tension production is maximal, to 0.85 $l_{max}$. Changes in stimulus frequency or in external bathing Ca concentration constituted the inotropic interventions in this experiment. The papillary muscles were isolated from the rabbit right ventricles and perfused with $HCO-_3\;-buffered$ normal Tyrode solution which was aerated with $3%\;CO_2-97%\;O_2$ mixed gas and kept at $35^{\circ}C$. Resting Passive tension at $l_{max}$ was approximately 30% of the total tension and appeared from the muscle length of 0.90 $l_{max}$. The effect of stimulus frequency on the steady state level of developed tension was: As the stimulus frequency was increased from 0.1 to 0.5 Hz, there was little change in developed tension. As the frequency was increased further, to a value of about 3 Hz, tension increased steeply. Further increase of the frequency to 5 Hz had little additional effect on the developed tension. The length-tension curves for isometric peak tension became more steeper with the degree of potentiation by inotropic interventions. The relative steepness of the normalized length-tension curves where tension production was expressed as a percentage of maximal tension developed at $l_{max}$, varied inversely with the level of inotropic state and these curves were not superimposable one another. Thus at the stimulus frequency of 2 Hz or at the external Ca concentration of 8 mM, the relative decline in the developed tension for a given change in muscle length was considerably less than the decline observed at the frequency of 0.5 Hz or at the concentration of 2 mM Ca. Action potential duration was prolonged significantly as the frequency increased from 0.2 to 2 Hz, and this change in action potential duration was not observable on the changes in muscle length. There was a tendency of the hyperpolarization of membrane potential when the muscle length was shortened from $l_{max}$ to 0.95 $l_{max}$. These results support the hypothesis that there is a length-dependence of the activation process.
Choi, Seok;Parajuli, Shankar Prasad;Yeum, Cheol Ho;Park, Chan Guk;Kim, Man Yoo;Kim, Young Dae;Cha, Kyoung Hun;Park, Young Bong;Park, Jong Seong;Jeong, Han Seong;Jun, Jae Yeoul
Molecules and Cells
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제26권2호
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pp.181-185
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2008
The effects of calcitonin gene-related peptide (CGRP) on pacemaker currents in cultured interstitial cells of Cajal (ICC) from the mouse small intestine were investigated using the whole-cell patch clamp technique at $30^{\circ}C$. Under voltage clamping at a holding potential of -70 mV, CGRP decreased the amplitude and frequency of pacemaker currents and activated outward resting currents. These effects were blocked by intracellular $GDP{\beta}S$, a G-protein inhibitor and glibenclamide, a specific ATP-sensitive $K^+$ channels blocker. During current clamping, CGRP hyperpolarized the membrane and this effect was antagonized by glibenclamide. Pretreatment with SQ-22536 (an adenylate cyclase inhibitor) or naproxen (a cyclooxygenase inhibitor) did not block the CGRP-induced effects, whereas pretreatment with ODQ (a guanylate cyclase inhibitor) or L-NAME (an inhibitor of nitric oxide synthase) did. In conclusion, CGRP inhibits pacemaker currents in ICC by generating nitric oxide via G-protein activation and so activating ATP-sensitive $K^+$ channels. Nitric oxide- and guanylate cyclase-dependent pathways are involved in these effects.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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