Park, Su-Jung;Choi, Won-Woo;Kwon, Oh-Sang;Chung, Jin-Ho;Eun, Hee-Chul;Earm, Young-E;Kim, Sung-Joon
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.12
no.4
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pp.177-183
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2008
The layers of keratinocytes form an acid mantle on the surface of the skin. Herein, we investigated the effects of acidic pH on the membrane current and $[Ca^{2+}]_c$ of human primary keratinocytes from foreskins and human keratinocyte cell line (HaCaT). Acidic extracellular pH ($pH_e{\leq}5.5$) activated outwardly rectifying $Cl^-$ current ($I_{Cl,pH}$) with slow kinetics of voltage-dependent activation. $I_{Cl,pH}$ was potently inhibited by an anion channel blocker 4,4'-diisothiocyanostilbene-2,2'-disulphonic acid (DIDS, 73.5% inhibition at 1${\mu}$M). $I_{Cl,pH}$ became more sensitive to $pH_e$ by raising temperature from $24^{circ}C$ to $37^{circ}C$. HaCaT cells also expressed $Ca^{2+}$-activated $Cl^-$ current ($I_{Cl,Ca}$), and the amplitude of $I_{Cl,Ca}$ was increased by relatively weak acidic $pH_e$ (7.0 and 6.8). Interestingly, the acidic $pH_e$ (5.0) also induced a sharp increase in the intracellular [$Ca^{2+}$] (${\triangle}[Ca^{2+}]_{acid}$) of HaCaT cells. The ${\triangle}[Ca^{2+}]_{acid}$ was independent of extracellular $Ca^{2+}$, and was abolished by the pretreatment with PLC inhibitor, U73122. In primary human keratinocytes, 5 out of 28 tested cells showed ${\triangle}[Ca^{2+}]_{acid}$. In summary, we found $I_{Cl,pH}$ and ${\triangle}[Ca^{2+}]_{acid}$ in human keratinocytes, and these ionic signals might have implication in pathophysiological responses and differentiation of epidermal keratinocytes.
Gap junction channels formed by two adjacent cells allow the passage of small molecules up to ${\sim}\;1\;kDa$ between them. Hemichannel (connexon or half of gap junction) also behaves as a membrane channel like sodium or potassium channels in a single cell membrane. Among 26 types of connexin (Cx), $Cx32^*43E1$ (a chimera in which the first extracellular loop of Cx32 has been replaced with that of Cx43), Cx38, Cx46, and Cx50 form functional hemichannels as well as gap junction channels. Although it is known that Xenopus oocytes express endogenous connexin 38 (Cx38), its biophysical characteristics at single channel level are poorly understood. In this study, we performed single channel recordings from single Xenopus oocytes to acquire the biophysical properties of Cx38 including voltage-dependent gating and permeation (conductance and selectivity). The voltage-dependent fast and slow gatings of Cx38 hemichannel are distinct. Fast gating events occur at positive potentials and their open probabilities are low. In contrast, slow gatings dominate at negative potentials with high open probabilites. Based on hi-ionic experiments, Cx38 hemichannel is anion-selective. It will be interesting to test whether charged amino acid residues in the amino terminus of Cx38 are responsible for voltage gatings and permeation.
Ion selectivity in a simple cyclic peptide nanotube, composed of four cyclo[-(D-Ala-Glu-D-Ala-Gln)$_2-$] units, is investigated by calculating the PMF profiles of $Na^+$, $K^+$, and $Cl^-$ ions permeating through the peptide nanotube in water. The final PMF profiles of the ions obtained from the umbrella sampling (US) method show an excellent agreement with those from the thermodynamic integration (TI) method. The PMF profiles of $Na^+$ and $K^+$ display free energy wells while the PMF curve of $Cl^-$ features free energy barriers, indicating the selectivity of the cyclic peptide nanotube to cations. Decomposition of the total mean force into the contribution from each component in the system is also accomplished by using the TI method. The mean force decomposition profiles of $Na^+$ and $K^+$ demonstrate that the dehydration free energy barriers by water molecules near the channel entrance and inside the channel are completely compensated for by attractive electrostatic interactions between the cations and carbonyl oxygens in the nanotube. In the case of $Cl^-$, the dehydration free energy barriers are not eliminated by an interaction between the anion and the peptide nanotube, leading to the high free energy barriers in the PMF profile. Calculations of the coordination numbers of the ions with oxygen atoms pertaining to either water molecules or carbonyl groups in the peptide nanotube reveal that the stabilization of the cations in the midplane regions of the nanotube arises from the favorable interaction of the cations with the negatively charged carbonyl oxygens.
To desalinate the aqueous solutions with high salt concentration using the capacitive deionization technology, two resin/membrane capacitive deionization(RMCDI) cells were fabricated by filling mixed ion exchange resins in two different flow channels (spacer and spiral type). The salt removal efficiency of the spacer- and spiral-RMCDI was 77.21 and 99.94%, respectively. Many ions were significantly removed in a spiral RMCDI cell because the feed solution could be more evenly contacted with the ion exchange resins filled on the spiral type flow channel. As the result of the changes of pH and accumulative charges, it was observed that Faradaic reaction was diminished for a spiral RMCDI cell filled by the mixture of cation and anion exchange resins. Therefore, the desalination of the aqueous solutions with high salt concentration by the capacitive deionization technology was proven. In addition, further studies on the optimization of the mixing ratio with ion exchange resins and the introduction of the regeneration process generally occurred in the continuous electrodeionization (CEDI) technology are required to improve the RMCDI technology.
Han, Ji-Hye;Kim, Hye-Mi;Seo, Deog-Gyu;Lee, Gene;Jeung, Eui-Bae;Yu, Frank H.
Journal of Periodontal and Implant Science
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v.45
no.2
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pp.69-75
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2015
Purpose: Salivary fluid formation is primarily driven by Ca2+-activated, apical efflux of chloride into the lumen of the salivary acinus. The anoctamin1 protein is an anion channel with properties resembling the endogenous calcium-activated chloride channels. In order to better understand the role of anoctamin proteins in salivary exocrine secretion, the expression of the ten members of the anoctamin gene family in the mouse submandibular gland was studied. Methods: Total RNA extracted from mouse submandibular salivary glands was reverse transcribed using primer pairs to amplify the full-length coding regions of each anoctamin gene and was subcloned into plasmid vectors for DNA sequencing. Alternative splice variants were also screened by polymerase chain reaction using primer pairs that amplified six overlapping regions of the complementary DNA of each anoctamin gene, spanning multiple exons. Results: Multiple anoctamin transcripts were found in the mouse submandibular salivary gland, including full-length transcripts of anoctamin1, anoctamin3, anoctamin4, anoctamin5, anoctamin6, anoctamin9, and anoctamin10. Exon-skipping splicing in the N-terminal exons of the anoctamins1, anoctamin5, and anoctamin6 genes resulted in multiple alternative splice variants. No expression of anoctamin2, anoctamin7, or anoctamin8 was found. Conclusions: The predominant anoctamin transcript expressed in the mouse submandibular gland is anoctamin1ac. The chloride channel protein produced by anoctamin1ac is likely responsible for the $Ca^{2+}$-activated chloride efflux, which is the rate-limiting step in salivary exocrine secretion.
The whole-cell mode of the patch clamp technique was used to study $Ca^{2+}-activated\;Cl^-\;current$$(I_{Cl_{Ca}})$ in gastric antral myocytes. Extracellular application of caffeine evoked $Ca^{2+}-activated\;current$. In order to isolate the chloride current from background current, all known systems were blocked with specific blockers. The current-voltage relationship of caffeine-induced current showed outward rectification and it reversed at around $E_{Cl^-}$. The shift of reversal potential upon the alteration of external and internal chloride concentrations was well fitted with results which were calculated by the Nernst equation. Extracellular addition of N-phenylanthranilic acid and niflumic acid which are known anion channel blockers abolished the caffeine induced current. Intracellular application of a high concentration of EGTA also abolished this current. Application of c-AMP, c-GMP, heparin, or $AIF^-_4$ made no remarkable changes to this current. Sodium replacement with the impermeable cation N-methylglucamine or with $Cd^{2+}$ rarely affected this current. From the above results it is suggested that the caffeine induced current was a $Cl^-$ current and it was activated by intracellular $Ca^{2+}$.
We have previously shown that 2,4,3',5'-tetramethoxystilbene (TMS), a trans-stilbene analogue, induces apoptosis in human cancer cells. However, the detailed mechanisms of mitochondria-dependent apoptosis induced by TMS are not fully understood. In the present study, the possible roles of annexin A5 in TMS-mediated apoptosis were investigated in MCF7 human breast cancer cells. Quantitative real-time PCR analysis and Western blot analysis showed that the expression of annexin A5 was strongly increased in TMS-treated cells. TMS caused a strong translocation of annexin A5 from cytosol into mitochondria. Confocal laser scanning microscopic analysis clearly showed that TMS induced translocation of annexin A5 into mitochondria. TMS increased the expression and oligomerization of voltage-dependent anion channel (VDAC) 1, which may promote mitochondria-dependent apoptosis through disruption of mitochondrial membrane potential. When cells were treated with TMS, the levels of Bax, and Bak as well as annexin A5 were strongly enhanced. Moreover, we found that the cytosolic release of apoptogenic factors such as cytochrome c, or apoptosis-inducing factor (AIF) in mitochondria was markedly increased. Annexin A5 depletion by siRNA led to decreased proapoptotic factors such as Bax, Bak, and annexin A5. Taken together, our results indicate that annexin A5 may play an important role in TMS-mediated mitochondrial apoptosis through the regulation of proapoptotic proteins and VDAC1 expression.
Background and Objectives: Mitochondria play a key role in the pathophysiology of heart failure and mitochondrial permeability transition pore (MPTP) play a critical role in cell death and a critical target for cardioprotection. The aim of this study was to evaluate the protective effects of cyclosporine A (CsA), one of MPTP blockers, and morphological changes of mitochondria and MPTP related proteins in monocrotaline (MCT) induced pulmonary arterial hypertension (PAH). Methods: Eight weeks old Sprague-Dawley rats were randomized to control, MCT (60 mg/kg) and MCT plus CsA (10 mg/kg/day) treatment groups. Four weeks later, right ventricular hypertrophy (RVH) and morphological changes of right ventricle (RV) were done. Western blot and reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) for MPTP related protein were performed. Results: In electron microscopy, CsA treatment prevented MCT-induced mitochondrial disruption of RV. RVH was significantly increased in MCT group compared to that of the controls but RVH was more increased with CsA treatment. Thickened medial wall thickness of pulmonary arteriole in PAH was not changed after CsA treatment. In western blot, caspase-3 was significantly increased in MCT group, and was attenuated in CsA treatment. There were no significant differences in voltage-dependent anion channel, adenine nucleotide translocator 1 and cyclophilin D expression in western blot and RT-PCR between the 3 groups. Conclusions: CsA reduces MCT induced RV mitochondrial damage. Although, MPTP blocking does not reverse pulmonary pathology, it may reduce RV dysfunction in PAH. The results suggest that it could serve as an adjunctive therapy to PAH treatment.
Objectives : Hippocampus, a region of temporal lobe, plays an important role in the pathogenic mechanisms of brain diseases such as Alzheimer's disease, depression and temporal lobe epilepsy. This research is designed to investigate hippocampal changes after acupuncture stimulation at Shinmun(HT7) using 2-dimensional gel electrophoresis(2-DE). Methods : On postnatal-day 15, rat pups were randomly devided into Normal(NOR) or HT7 group. All of Pups kept with their mothers for 7 days, but pups in HT7 group received acupuncture stimulation at HT7 daily. On postnatal-day 21, hippocampus of each rat pup was dissceted 30 minutes after last acupuncture stimulation and the protein expressions were investigated using 2-DE. Results : After acupuncture stimulation at HT7, expression of 20 proteins were significantly increased. Succinate semialdehyde dehydrogenase, glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase-like, transketolase, aconitate hydratase and phosphoglucomutase-1 were related to glucose methabolism. Eukaryotic initiation factor(eIF) 4A-II, eIF 4A-III, mitochondrial Tu translation elongation factor and chain A of crystal structure of the 70-Kda heat shock cognate protein involve in the protein synthesis in ribosome. Tubulin ${\beta}$-4 chain, tubulin T ${\beta}$-15 and tubulin ${\alpha}$-1B chain comprise cytoskeleton. Glutathione S-transferase(GST) ${\omega}$-1, GST P and GST Yb-3 can reduce oxidative stress. ${\beta}$-soluble N-ethylmaleimide-sensitive fusion protein attachment protein is required for vesicular transport between the endoplasmic reticulum and the Golgi apparatus, glycerol-3-phosphate dehydrogenase plays a major role in lipid biosynthesis, creatine kinase U-type catalyses the conversion of creatine and consumes adenosine triphosphate to create phosphocreatine and adenosine diphosphate. Platelet-activating factor acetylhydrolase IB subunit alpha and voltage depedent anion-selective channel protein 2 were also increased. Conclusions : The results suggest that acupuncture stimulation at HT7 may enhance glucose and lipid metabolism, protein synthesis, cytoskeletal substance and anti-oxidative stress in hippocampus.
Anoctamin 1 (ANO1) is an anion channel that is activated by changes in cytosolic $Ca^{2+}$ concentration and noxious heat. Although the critical roles of ANO1 have been elucidated in various cell types, the control of its gating mechanisms by $Ca^{2+}$ and heat remain more elusive. To investigate critical amino acid residues for modulation of $Ca^{2+}$ and heat sensing, we constructed a randomized mutant library for ANO1. Among 695 random mutants, reduced $Ca^{2+}$ sensitivity was observed in two mutants (mutant 84 and 87). Consequently, the E143A mutant showed reduced sensitivity to $Ca^{2+}$ but not to high temperatures, whereas the E705V mutant exhibited reduced sensitivity to both $Ca^{2+}$ and noxious heat. These results suggest that the glutamic acids (E) at 143 and 705 residues in ANO1 are critical for modulation of $Ca^{2+}$ and/or heat responses. Furthermore, these findings help to provide a better understanding of the $Ca^{2+}$-mediated activation and heat-sensing mechanism of ANO1.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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