There is evidence that noradrenaline enhances spontaneous contractions dose-dependently in guinea-pig antral circular muscle. To investigate the mechanism of this excitatory action, slow waves and membrane currents were recorded using conventional microelectrode techniques in muscle strips and the whole cell patch clamp technique in isolated gastric myocytes. On recording slow waves, noradrenaline $(10^{-5}\;M)$ induced the hyperpolarization of the membrane potential, although the shape of the slow waves became tall and steep. Also, spike potentiaIs occurred at the peaks of slow waves. These changes were completely reversed by administration of phentolamine $(10^{-5}\;M),\;an\;{\alpha}-adrenoceptor$ blocker. Noradrenaline-induced hyperpolarization was blocked by apamin $(10^{-7}\;M)$, a blocker of a class of $Ca^{2+}\;-dependent\;K^+$ channels. To investigate the mechanisms for these effects, we performed whole cell patch clamp experiments. Norndrenaline increased voltage-dependent $Ca^{2+}$ currents in the whole range of test potentials. Noradrenaline also increased $Ca^{2+}\;-dependent\;K^+$\;currents, and this effects was abolished by apamin. These results suggest that the increase in amplitude and the generation of spike potentials on slow waves was caused by the activation of voltage-dependent $Ca^{2+}$ channel via adrenoceptors, and hyperpolarization of the membrane potential was mediated by activation of apamin-sensitive $Ca^{2+}\;-dependent\;K^+\;channels$.
Plasma membrane hyperpolarization associated with activation of $Ca^{2+}$-activated $K^+$ channels plays an important role in sperm capacitation during fertilization. Although Slo3 (slowpoke homologue 3), together with the auxiliary ${\gamma}^2$-subunit, LRRC52 (leucine-rich-repeat-containing 52), is known to mediate the pH-sensitive, sperm-specific $K^+$ current KSper in mice, the molecular identity of this channel in human sperm remains controversial. In this study, we tested the classical $BK_{Ca}$ activators, NS1619 and LDD175, on human Slo3, heterologously expressed in HEK293 cells together with its functional interacting ${\gamma}^2$ subunit, hLRRC52. As previously reported, Slo3 $K^+$ current was unaffected by iberiotoxin or 4-aminopyridine, but was inhibited by ~50% by 20 mM TEA. Extracellular alkalinization potentiated hSlo3 $K^+$ current, and internal alkalinization and $Ca^{2+}$ elevation induced a leftward shift its activation voltage. NS1619, which acts intracellularly to modulate hSlo1 gating, attenuated hSlo3 $K^+$ currents, whereas LDD175 increased this current and induced membrane potential hyperpolarization. LDD175-induced potentiation was not associated with a change in the half-activation voltage at different intracellular pHs (pH 7.3 and pH 8.0) in the absence of intracellular $Ca^{2+}$. In contrast, elevation of intracellular $Ca^{2+}$ dramatically enhanced the LDD175-induced leftward shift in the half-activation potential of hSlo3. Therefore, the mechanism of action does not involve pH-dependent modulation of hSlo3 gating; instead, LDD175 may modulate $Ca^{2+}$-dependent activation of hSlo3. Thus, LDD175 potentially activates native KSper and may induce membrane hyperpolarization-associated hyperactivation in human sperm.
The aim of present study is to investigate the effects of cGMP on hyperpolarization activated inward current ($I_f$), pacemaker current of the heart, in rabbit sino-atrial node cells using the whole-cell patch clamp technique. When sodium nitroprusside (SNP, $80{\mu}M$), which is known to activate guanylyl cyclase, was added, $I_f$ amplitude was increased and its activation was accelerated. However, when $I_f$ was prestimulated by isopreterenol (ISO, $1{\mu}M$), SNP reversed the effect of ISO. In the absence of ISO, SNP shifted activation curve rightward. On the contrary in the presence of ISO, SNP shifted activation curve in opposite direction. $8Br-cGMP(100\;{\mu}M)$, more potent PKG activator and worse PDE activator than cGMP, also increased basal $I_f$ but did not reverse stimulatory effect of ISO. It was probable that PKG activation seemed to be involved in SNP-induced basal $I_f$ increase. The fact that SNP inhibited ISO-stimulated $I_f$ suggested cGMP antagonize cAMP action via the activation of PDE. This possibility was supported by experiment using 3-isobutyl-1-methylxanthine (IBMX), non-specific PDE inhibitor. SNP did not affect $I_f$ when $I_f$ was stimulated by $20{\mu}M$ IBMX. Therefore, cGMP reversed the stimulatory effect of cAMP via cAMP breakdown by activating cGMP-stimulated PDE. These results suggest that PKG and PDE are involved in the modulation of $I_f$ by cGMP: PKG may facilitate $I_f$ and cGMP-stimulated PDE can counteract the stimulatory action of cAMP.
The profile of membrane currents was investigated in differentiated neuronal cells derived from human neural stem cells (hNSCs) that were obtained from aborted fetal cortex. Whole-cell voltage clamp recording revealed at least 4 different currents: a tetrodotoxin (TTX)-sensitive $Na^+$ current, a hyperpolarization-activated inward current, and A-type and delayed rectifier-type $K^+$ outward currents. Both types of $K^+$ outward currents were blocked by either 5 mM tetraethylammonium (TEA) or 5 mM 4-aminopyridine (4-AP). The hyperpolarization-activated current resembled the classical $K^+$ inward current in that it exhibited a voltage-dependent block in the presence of external $Ba^{2+}$ (30 ${\mu}$M) or $Cs^+$ (3${\mu}$M). However, the reversal potentials did not match well with the predicted $K^+$ equilibrium potentials, suggesting that it was not a classical $K^+$ inward rectifier current. The other $Na^+$ inward current resembled the classical $Na^+$ current observed in pharmacological studies. The expression of these channels may contribute to generation and repolarization of action potential and might be regarded as functional markers for hNSCs-derived neurons.
The effects of noradrenaline on the spontaneous contraction recorded from a strip of mucosa-free antral circular muscle were studied in the guinea-pig stomach, and the changes in slow waves and membrane resistance were analyzed in order to elucidate the mechanism for the excitatory response to noradrenaline. Electrical responses of circular muscle cells were recorded using glass microelectrodes filled with 3 M KCI. Electrotonic potentials were produced to estimate membrane resistance by the partition stimulating method. All experiments were performed in tris-buffered Tyrode solution which was aerated with 100% $O_2$ and kept at $35^{\circ}C$. The results obtained were as follows: 1) The spontaneous contractions were potentiated dose-dependently by the application of noradrenaline. 2) Through the experiments using adrenoceptor-blockers, the strong excitatory effect via $[\alpha}-adrenoceptors$ and the weak inhibitory efffect via ${\beta}-adrenoceptors$ were noted. 3) Noradrenaline produced hyperpolarization of membrane potential, and increases in the amplitude and the maximum rate of rise of slow waves. 4) In the presence of apamin, Ca-dependent K channel blocker, the characteristic hyperpolarization was not developed. However, the excitatory effect of noradrenaline on spontaneous contraction remained. 5) Membrane resistance was reduced during the hyperpolarized state by the application of noradrenaline, and the change of membrane resistance and the hyperpolarized state were completely abolished by apamin. From the above results, following conclusions could be made: Excitatory responses to noradrenaline result from the dominant ${\alpha}-excitatory$, and the weak ${\beta}-inhibitory$ action of noradrenaline. Hyperpolarization of membrane potential by noradrenaline is due to the activation of Ca-dependent K channel.
Kim, Jun-Hee;Shin, Sun-Young;Uhm, Dae-Yong;Kim, Sung-Joon
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
/
v.7
no.1
/
pp.47-52
/
2003
The prostate gland contains numerous neuroendocrine cells that are believed to influence the function of the prostate gland. Our recent study demonstrated the expression of both ${\alpha}1$- and ${\alpha}2$-ARs, signaling the release of stored $Ca^{2+}$ and the inhibition of N-type $Ca^{2+}$ channels, respectively, in rat prostate neuroendocrine cells (RPNECs). In this study, the effects of NA on the resting membrane potential (RMP) of RPNECs were investigated using a whole-cell patch clamp method. Fresh RPNECs were dissociated from the ventral lobe of rat prostate and identified from its characteristic shape; round or oval shape with dark cytoplasm. Under zero-current clamp conditions with KCl pipette solution, the resting membrane potential (RMP) of RPNECs was between -35 mV and -85 mV. In those RPNECs with relatively hyperpolarized RMP (<-60 mV), the application of noradrenaline (NA, $1{\mu}M$) depolarized the membrane to around -40 mV. In contrast, the RPNECs with relatively depolarized RMP (>-45 mV) showed a transient hyperpolarization and subsequent fluctuation at around -40 mV on application of NA. Under voltage clamp conditions (holding voltage, -40 mV) with CsCl pipette solution, NA evoked a slight inward current (<-20 pA). NA induced a sharp increase of cytosolic $Ca^{2+}$ concentration ($[Ca^{2+}]_c$), measured by the fura-2 fluorescence, and the voltage clamp study showed the presence of charybdotoxin-sensitive $Ca^{2+}$-activated $K^+$ currents. In summary, adrenergic stimulation induced either depolarization or hyperpolarization of RPNECs, depending on the initial level of RMP. The inward current evoked by NA and the $Ca^{2+}$-activated $K^+$ current might partly explain the depolarization and hyperpolarization, respectively.
1) The two microelectrode method was used to voltage clamp small preparations of rabbit sinoatrial node. The kinetics of hyperpolarization activated inward current, $i_f$ were analysed. 2) The hrperpolarization pulses activated $i_f$ current in the presence of $10^{-7}g/ml$ TTX and 2 mM $Mn^{2+}$. The activation range was in between -45 mV to -75 mV. The current magnitude was increased and time course was faster by strong hyperpolarization pulses. 3) Standard envelope tests indicated that this current is exponentially controlled by single gate. 4) Semilogarithmic plot of $i_f$ activation versus time was found to be linear in the activation range. The decrease in current magnitude and the shifts in activation curve and rate constants curve to the hyperpolarizing direction were obtained with $Ba^{2+}$, indicating that $Ba^{2+}$ shifts the voltage dependence of the gating kinetics, were partially reversed by 24 mM $K^+$.
The effect of $CO_2$ on the opening of stomata in the intact leaf of Commelina communis has been investigated. Full opening of stomatal apertures(around $18{\mu}m$) was achieved in the intact leaf by addition of $CO_2$($900{\mu}mol\;mol^{-1}$). At 90 minutes, the stomatal apertures of leaves treated with $CO_2$ free air were reduced. In contrast, stomata opened most widely with the treatment of $CO_2$ air at 90 minutes. The effects of light, $CO_2$ air and $CO_2$ free air on the change of membrane potential difference(PD) were measured. Fast hyperpolarization of guard cell membrane PD was recorded reaching up to -12 mV in response to light. If $CO_2$ free air was given firstly, there was no response. When light was given after $CO_2$ free air, the light effect was very clear. At the onset of $CO_2$ air, the PD showed a dramatic hyperpolarization to about -25 mV. Changes in the pH of apoplast in intact leaves in response to $CO_2$ air were observed. $CO_2$ air caused a change of 0.4 pH unit. Therefore, it can be hypothesized that $CO_2$ flowing could stimulate proton efflux which is a necessary precursor of stomatal opening.
Seo, Wha-Sook;Strahlendorf, Jean-C.;Strahlendorf, Howard-K.
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
/
v.1
no.5
/
pp.477-484
/
1997
Intracellular recordings of oscillatory firing (bursting activity) were obtained from Purkinje cells (PCs) in rat cerebellar slices. Apamin inhibited post-burst hyperpolarizations (PBHs) progressively and finally terminated oscillatory firing activity of PCs. Apamin did not affect the amplitude or duration of the after-hyperpolarization (AHP) between spikes within the burst. In the voltage clamp mode, apamin shifted the whole-cell, quasi-steady state I/V relationship in an inward direction and abolished the zero slope resistance (ZSR) region by blocking outward current. Nickel ($Ni^{2+}$) terminated oscillatory activity and also abolished the ZSR region. However, $Ni^{2+}$ did not have progressive blocking action on the post-burst hyperpolarization before it blocked oscillatory activity. $Ni^{2+}$ blocked an inward current at potentials positive to approximately -65 mV, which was responsible for the ZSR region and outward current at more negative potentials. These data indicated that oscillatory activity of PCs is sustained by a balance between a slow $Ni^{2+}$-sensitive inward current and an apamin-sensitive outward current in the region of ZSR of the whole-cell I/V curve.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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