Abstract
The voltage-dependence of N-type calcium current inactivation is U-shaped with the degree of inactivation roughly mirroring inward current. This voltage-dependence has been reported to result from a purely voltage-dependent mechanism. However, $Ca^{2＋}$-dependent inactivation of N-channels has also been reported. We have investigated the role of $Ca^{2＋}$ in N-channel inactivation by comparing the effects of $Ba^{2＋}$and $Ca^{2＋}$ on whole-cell N-current in rat superior cervical ganglion neurons. For individual cells in-activation was always larger in $Ca^{2＋}$ than in $Ba^{2＋}$ even when internal EGTA (11 mM) was replaced with BAPTA (20 mM). The inactivation vs. voltage relationship was U-shaped in both divalent cations. The enhancement of inactivation by $Ca^{2＋}$ was inversely related with the magnitude of inactivation in $Ba^{2＋}$ as if the mechanisms of inactivation were the same in both $Ba^{2＋}$ and $Ca^{2＋}$. In support of this idea we could separate fast ( ${\gamma}$ ～150 ms) and slow ( ${\gamma}$ ～ 2500 ms) components of inactivation in both $Ba^{2＋}$and $Ca^{2＋}$ using 5 sec voltage steps. Differential effects were observed on each component with $Ca^{2＋}$ enhancing the magnitude of the fast component and the speed of the slow component. The larger amplitude of fast component indicates that the more channels inactivate via this pathway with $Ca^{2＋}$ than with $Ba^{2＋}$, but the stable time constants support the idea the fast inactivation mechanism is identical in $Ba^{2＋}$and $Ca^{2＋}$. The results do not support a $Ca^{2＋}$-dependent mechanism for fast inactivation. However, the $Ca^{2＋}$-induced acceleration of the slowly inactivating component could result from a $Ca^{2＋}$-dependent process.
N형 칼슘전류의 비활성화 vs 전압곡선은 U형을 보인다 - 즉 칼슘 내향전류의 크기와 비활성화 정도가 어느 정도 일치한다. 이러한 U형 비활성화는 순수한 전압의존성 기전으로 설명되어져 왔으나 칼슘의존성 비활성화 기전 또한 보고되었다. 이 연구에서는 흰쥐 상행 경동맥 결절뉴론을 단일 세포로 얻은 후, whole cell patch clamp technique를 사용하여 N형 칼슘전류를 기록하고, 세포외액의 charge carrier 로서 바륨과 칼슘을 사용하면서, 칼슘이 N형 칼슘통로의 비활성화에 미치는 역할을 알아보았다. charge carrier 로 칼슘을 사용하였을 경우에 바륨을 사용하였을 때에 비하여 비활성화 정도가 증가하였으며 이러한 증가는 세포속 $Ca^{2＋}$ Chelator가 11 mM EGTA 로부터 20 mM BAPTA 로 치환되어도 계속 관찰되었다. 비활성화 vs 전압 곡선은 바륨과 칼슘 모두에서 U형이었다. charge carrier 를 칼슘으로 치환시 추가로 유도되는 비활성화 정도는 바륨사용시의 비활성화 정도와 역비례관계를 보여 두 이온에서 같은 기전으로 비활성화가 일어날 가능성을 시사하였다. 이러한 가능성을 지원해 주는 결과로 5초의 긴 저분극 자극시 바륨과 칼슘을 써서 얻은 전류기록은 2중 지수함수로 잘 그려낼 수 있었고, 그 결과 빠른 성분(시정수: -150 ms) 과 느린 성분(시정수 -2500 ms) 를 얻었다. 칼슘이 각각의 성분에 미치는 효과는 각기 달라서 빠른 성분의 amplitude는 증가하였고 느린 성분의 시정수는 빨라졌다. 칼슘에 의해 빠른 성분의 amplitude는 증가하였으므로 이는 더 많은 채널이 빠른 경로로 비활성화되었음을 시사한다. 빠른 성분의 시정수는 변화하지 않았으므로, 이는 비촬성화의 빠른 경로는 칼슘과 바륨에서 같음을 시사하며 즉 비활성화 기전이 칼슘의존성이 아님을 보여주는 증거이다. 그러나 비활성화의 느린 성분은 칼슘에 의해 그 시정수가 빨라졌으므로 칼슘의존성일 가능성이 있다.