Many studies have shown that the development of mouse early 2-cell embryos in vitro is related with the intracellular $Ca^{2+}$ changes. In ICR strain mouse, the development of embryos arrests at early 2-cell stage, but the arrested early 2-cell embryos can be rescued by the addition of $Ca^{2+}$-related materials. Acetylcholine (ACh) increases intracellular $Ca^{2+}$ concentration ([$Ca^{2+}$]i) via the mAChR-PLC-IP3 pathway in mouse oocytes. We examined whether ACh rescues 2-cell block in mouse. In early 2-cell embryos, ACh increased [$Ca^{2+}$]i in a dose-dependent manner (p<0.001), and had an effect on rescue of 2-cell block and embryonic development. To identify the signal pathway involved in ACh-induced rescue of 2-cell block, we first applied an agonist of ACh receptor (AChR). Like ACh, carbachol increased intracellular $Ca^{2+}$ concentration ([$Ca^{2+}$]i) and atropine, an antagonist of ACh receptor, blocked the ACh-induced $Ca^{2+}$ increase. In $Ca^{2+}$-free medium, ACh also increased [$Ca^{2+}$]i, indicating that $Ca^{2+}$ increased by ACh is mainly released from the intracellular $Ca^{2+}$ store. The ACh-induced $Ca^{2+}$ increase was blocked by PLC inhibitor (U73122), ryanodine receptor (RyR) antagonist (dantrolene), and CaM KII inhibitor (KN-93), but not by IP3R antagonists (xestospongin C). These results show that ACh increases intracellular $Ca^{2+}$ concentration via mAChR/PLC/RyR, and this contributes to the rescue of 2-cell block.
Kim, Young-Sup;Kim, Jeoung-Seob;Kim, Seong-Kie;Heor, Jung-Hee;Lee, Byung-Eui;Ryu, Shi-Yong
Korean Journal of Pharmacognosy
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v.32
no.3
s.126
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pp.219-225
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2001
The water extracts of 82 Korean medicinal herbs were examined for the binding affinity on the recombinant human muscarinic acetylcholine receptor subtype 1 $(mAChR-M_1)$ produced from the CHO (Chinese Hamster Ovary) cell line. Of those tested, the extracts of Coptidis Rhizoma, Phellodendri Cortex, Hedyotis Herba and of Terminariae Fructus were found to exhibit a significant competition with $[^3H]$ N-methyl-scopolamine for the specific binding to $mAChR-M_1$ in a dose dependent manner, respectively.
We investigated the binding properties of $(^3H)$ QNB and $(^3H)$ NMS to mAchR to elucidate the characterstics of mAchR in rat brain by using two different preparations (homogemates & intact brain cell aggregates). The binding properties of both ligands demonstrated high affinity and saturability in both experiments, however $(^3H)$ QNB showed a significantly higher maximal binding capacity than tha ot $(^3H)$ NMS 1. In rat brain homogenates; Displacement of both lignands with several mAchR antagonists resulted in competition curves in accoradnce with the law of massaction for QNB, atropine & scopolamine in thie preparation, also a similar profile was found for the quaternary ammonium analogs of atropine & scopolamine (methyl atropine & methylscopolamine) when $(^3H)$ NMS was used to label the receptors in rat brain. But when these hydrophillic antagonists were used to displace $(^3H)$ QNB, they showed interaction with high- and low-affinity binding sites in brain homogenates. Pirenzepine, the nonclassical mAchR antagonist, was able to displace both ligands from binding sites in this preparation. 2. In intact rat brain cell aggregates; Intact bain cell aggregates were used to elucidate the binding characteristics of $(^3H)$ NMS to mAchR in rat. The magnitude of binding of this ligand was related linearly to the amount of cell protein in the binding assay with a high ratio of total to nonspecific binding. mAchR antagonists displaced specific $(^3H)$ NMS binding according to the law of mass-action, while it was possible to resolve displacement curves using mAchR agonist into high-& low-affinity component. 3. Our results indicate that more hydrophilic receptor ligand $(^3H)$ QNB, displacement experiments in both tissues demonstrated that the lipid solubility of a particulr mAchR ligand might play an important role in determining its profile of binding to the mAchR, and the concentrations of mAchR in rat brain are both on the cell surface (membrane-bound receptor) and in the intracelluar membrane (intermembrane-bound receptor). 4. The results are discussed in terms of the usefulness of dissociated intact rat brain cells in studying mAchR in central nervous system.
Using in vitro autoradiography with a digital autoradiography system and radioreceptor assay, the distribution and the binding characteristics of the muscarinic cholinergic receptors (mAChR) were studied in regions of rat brain. Radioreceptor assay revealed that mAChR could be measured with saturation binding assay in the brain and heart homogenates: No difference in Kd or Bmax of the brain or heart was found between the normal Wistar rats and SHR rats. Specific binding of $^3H$ quinuclidinyl benzilate (QNB) increased and saturation was reached by 2 hours after incubation with slide-mounted brain tissue. The distribution of mAChR was heterogeneous along the fields of brain. Affinity (Kd) of mAChR was not different significantly among cortex, hippocampus and caudate-putamen. No difference was found between normal rats and SHR strain. More receptors (Bmax) were found in the cortex and hippocampus than in the caudate-putamen in normal rats. More receptors were found in the cortex and caudate-putamen in SHR rats than in normal rats. Radioreceptor assay and digital autoradiographic analysis of affinity and number of mAChR gave the same results. With the above findings, we concluded that we could use digital autoradiographic system with $^3H$-QNB in the characterization of mAChR of rats and that the cortex and caudate-putamen of SHR strain rats have more receptors than those of normal rats.
Woo Sun-Hee;Lee Byung Ho;Kwon Kwang-Il;Lee Chin Ok
Archives of Pharmacal Research
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v.28
no.8
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pp.930-935
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2005
We have investigated the effects of relatively high concentration of carbachol (CCh), an agonist of muscarinic acetylcholine receptor (mAChR), on cardiac automaticity in mouse heart. Action potentials from automatically beating right atria of mice were measured with conventional microelectrodes. When atria were treated with $100{\mu}M$ CCh, atrial beating was immediately arrested and diastolic membrane potential (DMP) was depolarized. After exposure of the atria to CCh for $\~4 min$, action potentials were regenerated. The regenerated action potentials had lower frequency and shorter duration when compared with the control. When atria were pre-exposed to pirenzepine $(1{\mu}M)$, an $M_1$ mAChR antagonist, there was complete inhibition of CCh-induced depolarization of DMP and regeneration of action potentials. Pre-exposure to AFDX-116 (11 ({2-[(diethylamino)-methyl]-1-piperidyl}acetyl)-5, 11-dihydro-6H-pyridol[2,3-b][1,4] benzodiazepine-6-one base, $1{\mu}M$), an $M_2$ mAChR antagonist, failed to block CCh-induced arrest of the beating. However, prolonged exposure to CCh elicited gradual depolarization of DMP and slight acceleration in beating rate. Our data indicate that high concentration of CCh depolarizes membrane potential and recovers right atrial automaticity via $M_1$ mAChR, providing functional evidence for the role of $M_1$ mAChR in the atrial myocytes.
Acetylcholine (ACh) activates the inwardly rectifying muscarinic $K^{+}$ channel in rat atrial cells via pertussis toxin (PTX)-sensitive G-protein ($G_k$) coupled with the muscarinic receptor (mAChR). Although this $K^{+}\;(K_{ACh})$ channel function has reported to be modulated by the phosphorylation process, a kinase and phosphatase involved in these processes are still unclear. Since either PKA or PKC was not effective on this ATP-modulation, the present study examined the possible involvement of the protein tyrosine kinase (PTK) and protein tyrosine phosphatase (PTP) in the function of the $K_{ACh}$ Channel. In the inside-out (I/O) patch preparation excised from the adult rat atrial cell, when activated by 10 ${\mu}M$ ACh in the pipette and 100 ${\mu}M$ GTP in the bath, the mean open time (${\tau}_{o}$) and the channel activity ($K_{ACh}$) was 1.13 ms (n=5) and 0.19 (n=6), respectively. Following the application of 1 mM ATP into the bath, ${\tau}_{o}$ increased by 34% (1.54 ms, n=5) and $K_{ACh}$ by 66% (0.28, n=6). Channel function elevated by ATP was lasted after washout of ATP. However, this ATP-induced increase in the $K_{ACh}$ channel function did not occur in pretreated cells with genistein ($50{\sim}100 {\mu}M$), a selective PTK inhibitor, but occurred in pretreated cells with equimolar daidzein, a negative control of the genistein. On the contrary, PTP which acts on tyrosine residue conversely reversed both ATP-induced increased ${\tau}_{o}$ by 32% (1.20 ms, n=3) and $K_{ACh}$ by 41% (0.15, n=3), respectively. Taken together, these results suggest that $K_{ACh}$ channel may, at least partly, be regulated by the tyrosyl phosphorylation, although it is unclear where this process exerts on the muscarinic signal transduction pathway comprising the mAChR-$G_{k}$-the $K_{ACh}$ channel.
This experiment was designed to investigate the effect of Coptis japonica Makino(CJM) on the Alzheimer's disease. The effects of CJM extract on $IL-1{\beta}$, IL-6, amyloid precursor proteins (APP), acetylcholinesterase(AChE), glial fibrillary acidic protein(GFAP) mRNA of PC-12 cell treated by $A{\beta}$ plus $rIL-1{\beta}$ and AChE activity of PC-12 cell lysate treated by $A{\beta}$ plus $rIL-1{\beta}$ and behavior of memory deficit rats induced by scopolamine and mice glucose, uric acid, AChE activity of memory deficit rats induced by scopolamine were investigated, respectively. The results were summarized as follows ; 1. CJM extract suppressed $IL-1{\beta}$, IL-6 mRNA in PC-12 cell treated by $A{\beta}$ plus $rIL-1{\beta}$ 2. CJM extract suppressed APP, AChE, GFAP mRNA in PC-12 cell treated by $A{\beta}$ plus $rIL-1{\beta}$ 3. CJM extract suppressed AChE activity in cell lysate of PC-12 cell treated by $A{\beta}$ plus $rIL-1{\beta}$ 4. CJM extract group showed significantly inhibitory effect on the memory deficit of mice induced by scopolamine in the experiment of Morris water maze. 5. CJM extract increased glucose, decreased uric acid and AChE significantly in the serum of the memory deficit rats induced by scopolamine. According to the above results, it is suggested that CJM extract might be usefully applied for prevention and treatment of Alzheimer's disease and memory deficit symptom.
Shin, Dong Won;Lee, Sang Ho;Lee, Soyeon;Han, Eun Hye
Analytical Science and Technology
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v.31
no.6
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pp.219-224
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2018
The fruit and stem of Opuntia ficus-indica var. aboten (OFS), a native plant of Jeju Island, are considered a safe food source. Moreover, stem extracts have been previously reported to possess a variety of biological effects (e.g. anti-inflammatory and anti-oxidant, including the ability to partially ameliorate cognitive impairment), suggesting that this plant may have utility as a functional food. The present study investigated whether fermentation by lactic acid bacteria enhances the biological effects of OFS extracts. The acetylcholinesterase (AChE) inhibitory activity of fermented or non-fermented OFS extracts was evaluated, and the content of marker components dihydrokaempferol (DHK) and quercetin-3-methyl ether (3-MeQ) was analyzed using high-performance liquid chromatography. Fermented (relative to non-fermented) OFS extracts exhibited improved AChE inhibitory activity ($IC_{50}=28.35 mg/mL$), with AChE inhibitory activity resulting from fermentation by L. plantarum ($IC_{50}=12.56mg/mL$) exceeding that resulting from fermentation by L. fermentum ($IC_{50}=17.71mg/mL$). Furthermore, fermented (relative to non-fermented) OFS extracts exhibited a 16.7 % increase in DHK content, and 3-MeQ content of OFS extracts fermented by L. plantarum and L. fermentum increased by 28.6 % and 21.4 %, respectively. Therefore, OFS stem extract AChE inhibitory activity, as well as DHK and 3-MeQ content, was enhanced by fermentation with Lactobacillus spp. This suggests that fermented OFS extracts may contribute to prevention or improvement of cognitive impairment. These data are anticipated to be useful in the development of enhanced-efficacy OFS products.
Kim, Dae-Ran;Ahn, Sung-Wan;Park, Kyu-Sang;Kong, In-Deok
Biomedical Science Letters
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v.13
no.2
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pp.119-125
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2007
It is widely known that protein tyrosine kinases (PTKs) are involved in controlling many biological processes such as cell growth, differentiation, proliferation, survival and apoptosis. An $\alpha3\beta4$ subunit combination acts as a major functional acetylcholine receptor (nAChRs) in male rat major pelvic ganglion (MPG) neurons, and their activation induces fast inward currents and intracellular calcium increases. Recently it has been reported that the activity of acetylcholine receptors (AChRs) in some neurons can be negatively regulated by PTKs. However, the exact mechanism of regulation of nAChRs by PTKs is poorly understood. Therefore, we examined the potential role particular in nAChR by PTK using electrophysiology and calcium imaging in male rat MPG neurons. ACh induced inward currents and $(Ca^{2+})_i$ increases in MPG neurons, concomitantly. These responses were inhibited by more than 90% in $Na^+$- or $Ca^{2+}$- free solution. $\alpha$-conotoxin AuIB, a selective $\alpha3\beta4$ nAChR blocket, inhibited ACh-induced inward currents. Genistein (10 $\mu$M), a broad-spectrum tyrosine kinase inhibitor, markedly decreased ACh-induced currents and $Ca^{2+}$ transients, whereas 10 $\mu$M genistin, an inactive analogue, had little effect. Overall these data suggest that the activities of $\alpha3\beta4$ AChRs in MPG neurons are positively regulated by PTK. In conclusion, trosine kinase may be one of the key factors in the regulation of $\alpha3\beta4$ nAChRs in rat MPG neurons, which may play an important roles in the autonomic neuronal function such as synaptic transmission, autonomic reflex, and neuronal plasticity.
Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine
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v.19
no.1
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pp.130-138
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2005
This experiment was designed to investigate the effect of Phellodendron amurense(PLDA) on the Alzheimer's disease. The effects of PLDA extract on $IL-1{\beta}$, IL-6, amyloid precursor proteins(APP), acetylcholinesterase(AChE), glial fibrillary acidic protein(GFAP) mRNA of PC-12 cell treated by $A{\beta}$ plus $rIL-1{\beta}$ and AChE activity of PC-12 cell lysate treated by $A{\beta}$ plus $rIL-1{\beta}$ and behavior of memory deficit mice induced by scopolamine and mice glucose, uric acid, AChE activity of memory deficit rats induced by scopolamine were investigated, respectively. PLDA extract suppressed $IL-1{\beta}$, IL-6, APP, AChE, GFAP mRNA in PC-12 cell treated by $A{\beta}$ plus $rIL-1{\beta}$ ; AChE activity in cell lysate of PC-12 cell treated by $A{\beta}$ plus $rIL-1{\beta}$. PLDA extract increased glucose, decreased uric acid and AChE significantly in the serum of the memory deficit rats induced by scopolamine. PLDA extract group showed significantly inhibitory effect on the memory deficit of mice induced by scopolamine in the experiment of Morris water maze. According to the above results, it is suggested that PLDA extract might be usefully applied for prevention and treatment of Alzheimer's disease.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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