Abstract
Ions play important roles in various cellular processes including fertilization and differentiation. However, it is little known whether how ions are regulated during early embryonic development in mammalian animals. In this study, we examined changes in $Ca^{2+}\;and\;K^+$ concentrations in embryos and oviduct during mouse early embryonic development using patch clamp technique and confocal laser scanning microscopy. The intracellular calcium concentration in each stage embryos did not markedly change. At 56h afier hCG injection when 8-cell embryos could be Isolated from oviduct, $K^+$ concentration in oviduct increased by 26% compared with that at 14h after injection of hCG During early embryonic development, membrane potential was depolarized (from -38 mV to -16 mV), and $Ca^{2+}$ currents decreased, indicating that some $K^+$ channel might control membrane potential in oocytes. To record the changes in membrane potential induced by influx of $Ca^{2+}$ in mouse oocytes, we applied 5 mM $Ca^{2+}$ to the bath solution. The membrane potential transiently hyperpolarized and then recovered. In order to classify $K^+$ channels that cause hyperpolarization, we first applied TEA and apamin, general $K^+$ channel blockers, to the bath solution. Interestingly, the hyperpolarization of membrane potential still appeared in oocytes pretreated with TEA and apamin. This result suggest that the $K^+$ channel that induces hyperpolarization could belong to another $K^+$ channel such as two-pore domain $K^+(K_{2P})$channel that a.e insensitive to TEA and apamin. From these results, we suggest that the changes in $Ca^{2+}\;and\;K^+$ concentrations play a critical role in cell proliferation, differentiation and reproduction as well as early embryonic development, and $K_{2P}$ channels could be involved in regulation of membrane potential in ovulated oocytes.
이온 통로 및 이온 농도의 변화는 수정 현상을 포함한 다양한 세포 기능에 중요한 역할을 한다. 그러나 이러한 이온의 변화가 포유동물 배의 발달과정에 어떻게 관여하는지에 대해서는 알려진 바가 적다. 본 연구에서는 생쥐난자가 수정 이후 배 발달 과정을 거치는 동안 나타나는 칼슘과 포타슘 이온의 변화를 전기생리학적 실험 기법과 공초점 현미경을 이용하여 조사하였다. 수정 시에 나타나는 일시적인 세포내 칼슘 농도 변화는 활성 전류(수정 전류)와 함께 동반되었다. 그러나 수정과 같은 극적인 현상이나 자극이 없는 시기에는 세포내 칼슘 농도가 배 발달 시기와 상관없이 일정한 수준으로 유지되었다. 이것은 세포내외의 칼슘 농도의 보상현상으로도 설명할 수 있을 것이다. 배 발달이 진행됨에 따라 난관액의 포타슘 농도는 계속 증가하여 8세포기 배에서는 난자보다 26% 증가하였다. 상실배, 포배기에서는 포타슘 농도가 감소하였다. 배 발달이 진행됨에 따라 주로 포타슘 이온에 의해 조절되는 막 전압은 탈분극되고, 칼슘 이온의 세포 안으로의 유입은 점점 감소하였다. 생쥐 난자에 5 mM의 칼슘을 처리하였을 때 막 전압은 일시적인 과분극 현상을 보이다가 회복되었다. 칼슘 유입에 따른 막 전압 변화에 관여하는 포타슘 통로를 확인하기 위하여 포타슘 통로 차단제를 전 처리한 후 칼슘을 처리한 결과, 칼슘만을 단독으로 처리한 결과와 유의한 차이를 보이지 않았다. 막 전압의 과분극 현상은 잘 알려진 포타슘 통로 차단제인 TEA에 억제되지 않았다. 그리고 small conductance $Ca^{2+}$-activated 포타슘 통로 차단제 인 apamin에 의해서도 억제되지 않았다. 따라서 생쥐 난자에서 과분극을 유발시키는 포타슘 통로는 TEA와 apamin에 억제되지 않는 다른 포타슘 통로로 생각된다. 이상의 결과로부터 배 발달 동안 변화되는 칼슘과 포타슘 이온은 수정 및 초기 배 발달에 중요한 인자로써 작용할 것으로 생각되며, two-pore domain 포타슘 통로가 난자의 막 전압 조절에 관여할 가능성을 제시한다.
