Ji Seon Yang;Hyun-Jong Jang;Ki-Wug Sung;Duck-Joo Rhie;Shin Hee Yoon
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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제28권5호
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pp.413-422
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2024
Group I metabotropic glutamate receptors (mGluRs) modulate postsynaptic neuronal excitability and epileptogenesis. We investigated roles of group I mGluRs on low extracellular Mg2+ concentration ([Mg2+]o)-induced epileptiform activity and neuronal cell death in the CA1 regions of isolated rat hippocampal slices without the entorhinal cortex using extracellular recording and propidium iodide staining. Exposure to Mg2+-free artificial cerebrospinal fluid can induce interictal epileptiform activity in the CA1 regions of rat hippocampal slices. MPEP, a mGluR 5 antagonist, significantly inhibited the spike firing of the low [Mg2+]o-induced epileptiform activity, whereas LY367385, a mGluR1 antagonist, did not. DHPG, a group 1 mGluR agonist, significantly increased the spike firing of the epileptiform activity. U73122, a PLC inhibitor, inhibited the spike firing. Thapsigargin, an ER Ca2+-ATPase antagonist, significantly inhibited the spike firing and amplitude of the epileptiform activity. Both the IP3 receptor antagonist 2-APB and the ryanodine receptor antagonist dantrolene significantly inhibited the spike firing. The PKC inhibitors such as chelerythrine and GF109203X, significantly increased the spike firing. Flufenamic acid, a relatively specific TRPC 1, 4, 5 channel antagonist, significantly inhibited the spike firing, whereas SKF96365, a relatively non-specific TRPC channel antagonist, did not. MPEP significantly decreased low [Mg2+]o DMEM-induced neuronal cell death in the CA1 regions, but LY367385 did not. We suggest that mGluR 5 is involved in low [Mg2+]o-induced interictal epileptiform activity in the CA1 regions of rat hippocampal slices through PLC, release of Ca2+ from intracellular stores and PKC and TRPC channels, which could be involved in neuronal cell death.
Objective: We reported the overcoming effect of $Ni^{2+}$ on the in vitro 2-cell block of mouse embryos. In this study, we aim to investigate whether $Ni^{2+}$ should induce intracellular $Ca^{2+}$ transient in the mouse embryos. Materials and Methods: Embryos were collected at post hCG 32hr from the oviduct of the ICR mouse and cultured in M2 medium omitted phenol red. Intracellular $Ca^{2+}$ was checked by using a confocal laser scanning microscope and fluo-3AM by using various intracellular $Ca^{2+}$ antagonists. Results: In 1mM $Ni^{2+}$ treated medium which contained $Ca^{2+}$(1.71mM), 75.7% of the embryos showed $[Ca^{2+}]i$ transient about 200 sec later. In the $Ca^{2+}$-free medium, 69.8% of the embryos showed $[Ca^{2+}]i$ transient. In U73122, phospholipaseC(PLC) inhibitor (5uM, 10min) pretreated group, 33.3% of the embryos showed $[Ca^{2+}]i$ transient. Heparine, inositol 1, 4, 5-triphosphate receptor(IP3R) antagonist preinjected embryos showed no response with 1mM $Ni^{2+}$. In danthrolene treatment, ryanodine receptor(RyR)-antagonist, 43% embryos showed $[Ca^{2+}]i$ transient but they showed delayed response about 340sec in the presence of $Ca^{2+}$. Conclusions: Summing up the above results, $Ni^{2+}$ seems to induce $Ca^{2+}$-release from the $Ca^{2+}$-store even in the $Ca^{2+}$-free medium. IP3 receptors of the mouse 2-cell embryos might have an essential role for the intracellular $Ca^{2+}$ increase by $Ni^{2+}$.
Yang, Ji Seon;Jeon, Sujeong;Jang, Hyun-Jong;Yoon, Shin Hee
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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제26권6호
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pp.531-540
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2022
Group 1 metabotropic glutamate receptors (mGluRs) can positively affect postsynaptic neuronal excitability and epileptogenesis. The objective of the present study was to determine whether group 1 mGluRs might be involved in synaptically-induced intracellular free Ca2+ concentration ([Ca2+]i) spikes and neuronal cell death induced by 0.1 mM Mg2+ and 10 µM glycine in cultured rat hippocampal neurons from embryonic day 17 fetal Sprague-Dawley rats using imaging methods for Ca2+ and 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide assays for cell survival. Reduction of extracellular Mg2+ concentration ([Mg2+]o) to 0.1 mM induced repetitive [Ca2+]i spikes within 30 sec at day 11.5. The mGluR5 antagonist 6-Methyl2-(phenylethynyl) pyridine (MPEP) almost completely inhibited the [Ca2+]i spikes, but the mGluR1 antagonist LY367385 did not. The group 1 mGluRs agonist, 3,5-dihydroxyphenylglycine (DHPG), significantly increased the [Ca2+]i spikes. The phospholipase C inhibitor U73122 significantly inhibited the [Ca2+]i spikes in the absence or presence of DHPG. The IP3 receptor antagonist 2-aminoethoxydiphenyl borate or the ryanodine receptor antagonist 8-(diethylamino)octyl 3,4,5-trimethoxybenzoate also significantly inhibited the [Ca2+]i spikes in the absence or presence of DHPG. The TRPC channel inhibitors SKF96365 and flufenamic acid significantly inhibited the [Ca2+]i spikes in the absence or presence of DHPG. The mGluR5 antagonist MPEP significantly increased the neuronal cell survival, but mGluR1 antagonist LY367385 did not. These results suggest a possibility that mGluR5 is involved in synaptically-induced [Ca2+]i spikes and neuronal cell death in cultured rat hippocampal neurons by releasing Ca2+ from IP3 and ryanodine-sensitive intracellular stores and activating TRPC channels.
The levels of extracellualr glutamate, intracellular $Ca^{2+}\;([Ca2+]_i)$ and cGMP were determined for 1 h with the excitatory amino acids, N-methyl-D-aspartate (NMDA) or kainate in cultured cerebellar granule cells. Both NMDA and kainate produced a time-dependent release of glutamate, and kainate was more potent than NMDA in glutamate elevation. The elevation of extracellular glutamate was not purely governed by intracellular $Ca^{2+}$ concentration. However, in opposite to the time-dependent elevation of glutamate, the elevation of cGMP by NMDA and kainate were at maximum level in short-time (1 min) incubation then remarkably decreased with longer incubation times. Post-applications (30 min after agonist) of EAA antagonist did not block EAAs-induced glutamate elevation. However, NMDA antagonist, phencyclidine (PCP), blocked NMDA-induced cGMP elevation at pre- or post-application, but kainate antagonist, 6,7-dinitroquinoxaline-2,3-dione (DNQX), paradoxically augmented kainate-induced cGMP elevation for 1 h incubation. These results show that NMDA or kainate induces time-dependent elevations of extracellular glutamate, while the elevations of cGMP by these EAAs are remarkably decreased with longer incubation times. However, NMDA- arid kainate-indcued glutamate release was blocked by pre-application of each receptor antagonist but not by post-application while EAA-induced $[Ca^{2+}]_i$ was blocked by post-application of antagonist. These observations suggest that EAA-induced elevation of $[Ca^{2+}]_i$ is not parallel with elevation of glutamate release or cGMP.
We investigated the effect of ${\alpha}-adrenergic$ and cholinergic receptor agonists on $Ca^{2+}$ current in adult rat trigeminal ganglion neurons using whole-cell patch clamp methods. The application of acetylcholine, carbachol, and oxotremorine ($50\;{\mu}M\;each$) produced a rapid and reversible reduction of the $Ca^{2+}$ current by $17{\pm}6%,\;19{\pm}3%,\;and\;18{\pm}4%$, respectively. Atropine, a muscarinic antagonist, blocked carbachol- induced $Ca^{2+}$ current inhibition to $3{\pm}1%$. Norepinephrine ($50\;{\mu}M$) reduced $Ca^{2+}$ current by $18{\pm}2%$, while clonidine ($50\;{\mu}M$), an ${\alpha}2-adrenergic$ receptor agonist, inhibited $Ca^{2+}$ current by only $4{\pm}1%$. Yohimbine, an ${\alpha}2-adrenergic$ receptor antagonist, did not block the inhibitory effect of norepinephrine on $Ca^{2+}$ current, whereas prazosin, an ${\alpha}1-adrenergic$ receptor antagonist, attenuated the inhibitory effect of norepinephrine on $Ca^{2+}$ current to $6{\pm}1%$. This pharmacology contrasts with ${\alpha}2-adrenergic$ receptor modulation of $Ca^{2+}$ channels in rat sympathetic neurons, which is sensitive to clonidine and blocked by yohimbine. Our data suggest that the modulation of voltage dependent $Ca^{2+}$ channel by norepinephrine is mediated via an α1-adrenergic receptor. Pretreatment with pertussis toxin (250 ng/ml) for 16 h greatly reduced norepinephrine- and carbachol-induced $Ca^{2+}$ current inhibition from $17{\pm}3%\;and\;18{\pm}3%\;to\;2{\pm}1%\;and\;2{\pm}1%$, respectively. These results demonstrate that norepinephrine, through an ${\alpha}1-adrenergic$ receptor, and carbachol, through a muscarinic receptor, inhibit $Ca^{2+}$ currents in adult rat trigeminal ganglion neurons via pertussis toxin sensitive GTP-binding proteins.
It is imperative to analyse brain injuries directly in real time, so as to find effective therapeutic compounds to protect brain injuries by stress. We established a system which could elucidate the real time $Ca^{2+}$ dynamics in an organotypic cultured hippocampal slice by the insults of artificial stress hormone, dexamethasone. The real time $Ca^{2+}$ dynamics could continuously be detected in cornus ammonis 3 (CA3) of the organotypic hippocampus for 8 hours under confocal microscopy. When dexamethasone concentration was increased, the $Ca^{2+}$ was also increased in a dose dependent manner at $1{\sim}100{\mu}M$ concentrations. Moreover, when the organotypic cultured hippocampal slice was treated with a glutamate receptor antagonist together with dexamethasone, the real time $Ca^{2+}$ dynamics were decreased. Furthermore, we confirmed by PI uptake study that glutamate receptor antagonist reduced the hippocampal tissue damage caused by dexamethasone treatment. Therefore, our new calcium ion dynamics system in organotypic cultured hippocampal slice after dexamethasone treatment could provide real time analysis method for investigation of brain injuries by stress.
The present study was performed to examine the effect of fangchinoline, a bis- benzylisoquinoline alkaloid, which exhibits the characteristics of a $Ca^{2+}$ channel blocker, on cyanide-induced neurotoxicity using cultured rat cerebellar granule neurons. NaCN produced a concentration-dependent reduction of cell viability, which was blocked by MK-801, an N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptor antagonist, verapamil, L-type$Ca^{2+}$channel blocker, and L-NAME, a nitric oxide synthase inhibitor. Pretreatment with fangchinoline over a concentration range of 0.1 to 10 $\mu$M significantly decreased the NaCN-induced neuronal cell death, glutamate release into medium, and elevation of $[Ca^{2+}]_i$ and oxidants generation. These results suggest that fangchinoline may mitigate the harmful effects of cyanide-induced neuronal cell death by interfering with $[Ca^{2+}]_i$influx, due to its function as a $Ca^{2+}$ channel blocker, and then by inhibiting glutamate release and oxidants generation.
최근 심근세포 또는 신경세포에서 발표된 여러 종류의 calcium channel중 calcium antagonist로 차단되는 channel 또는 차단되지 않는 channel 등이 있는지 알아보기 위해 실험을 시행하였다. 돼지 소장 평활근으로부터 고농도의 KCl(150mM)로 부하된 세포 포막낭을 만들어 고농도의$K^+$ 또는 전기자극으로 $^{45}Ca$의 이동을 유발시켜 다음과 같은 성적을 얻었다. 저농도의 $K^+$용액에서의 $^{45}Ca$이동보다 고농도의 $K^+$-용액에서의 $^{45}Ca$이동이 유의하게 증가되었으며(p<0. 05) 이때 유입되는 $^{45}Ca$의 양은 시간에 따라 서서히 감소되었다. 전기자극(3V, 15Hz, 25msec)을 하였을때 유입되는 $^{45}Ca$의 양은 전기자극을 하지 않은 대조군에 비하여 현저하게 증가되었고, 자극시간에 따른 $^{45}Ca$의 유입량은 2분 동안 계속 증가되었다. Diltiazem 또는 nifedipine을 처치하였을때, 고농도의 $K^+$-용액에 의한 $^{45}Ca$의 유입은 억제되지 않았으나 전기자극에 의해 유도되는 $^{45}Ca$의 유입은 유의하게 억제되었다(p<0.005). 상기의 실험성적으로 돼지 소장 평활근으로부터 분리한 세포막에서의 calcium이동 중 전기자극에 의해 이루어지는 것은 calcium antagonist로 차단되는 calcium channel을 통하여 이루어지는 것으로 사료된다.
The present study was undertaken to characterize homocysteic acid (HCA)-and cysteic acid (CA)-mediated formation of inositol phosphates (InsP) in primary culture of rat cerebellar granule cells. HCA and CA stimulated InsP formation in a dose-dependent manner, which was prevented by the N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptor antagonist D,L-2-amino-5-phosphopentanoic acid (APV). CA-, but not HCA-, mediated InsP formation was in part prevented by the metabotropic glutamate receptor antagonist ?${\alpha}$-methyl-4-carboxyphenylglycine ($({\pm})$-MCPG). Both HCA- and CA-mediated increases in intracellular calcium concentration were completely blocked by APV, but were not altered by $({\pm})$-MCPG. CA-mediated InsP formation was in part prevented by removal of endogenous glutamate. In contrast, the glutamate transport blocker L-aspartic acid-${\beta}$-hydroxamate synergistically increased CA responses. These data indicate that in cerebellar granule cells HCA mediates InsP formation wholly by activating NMDA receptor. In contrast, CA stimulates InsP formation by activating both NMDA receptor and metabotropic glutamate receptor, and in part by releasing endogenous glutamate into extracellular milieu.
The present study was designed to examine whether the co-application of morphine with $Ca^{2+}$ channel antagonist $(Mn^{2+},\;verapamil)$, N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptor antagonist (2-amino-5-phosphonopentanoic acid$[AP_5]$, $Mg^{2+}$) or protein kinase C inhibitor (H-7) causes the potentiation of morphine-induced antinociceptive action by using an in vivo electrophysiological technique. A single iontophoretic application of morphine or an antagonist alone induced weak inhibition of wide dynamic range (WDR) cell responses to iontophoretically applied NMDA and C-fiber stimulation. Although there was a little difference in the potentiating effects, the antinociceptive action of morphine was potentiated when morphine was iontophoretically applied together with $Mn^{2+}$, verapamil, $AP_5$, $Mg^{2+}$ or H-7. However, the potentiating action between morphine and each antagonist was not apparent, when the antinociceptive action evoked by morphine or the antagonist alone was too strong. These results suggest that the potentiating effect can be caused by the interaction between morphine and each antagonist in the spinal dorsal horn.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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