Due to its high external and low internal concentration the $Ca^{2+}$ ion is used ubiquitously as an intracellular signaling molecule, and a great many $Ca^{2+}$-sensing proteins have evolved to receive and propagate $Ca^{2+}$ signals. Among them are ion channel proteins, whose $Ca^{2+}$ sensitivity allows internal $Ca^{2+}$ to influence the electrical activity of cell membranes and to feedback-inhibit further $Ca^{2+}$ entry into the cytoplasm. In this review I will describe what is understood about the $Ca^{2+}$ sensing mechanisms of the three best studied classes of $Ca^{2+}$-sensitive ion channels: Large-conductance $Ca^{2+}$-activated $K^+$ channels, small-conductance $Ca^{2+}$-activated $K^+$ channels, and voltage-gated $Ca^{2+}$ channels. Great strides in mechanistic understanding have be made for each of these channel types in just the past few years.
최근 20여년 동안 Panax ginseng의 다양한 효과가 연구 되어져 왔다. Panax ginseng의 주요 활성 성분인 ginsenosides는 오직 인삼에서만 발견되어지는 saponin이다. 최근 들어 신경, 非신경 또는 복합적으로 분포된 세포에서 ginsenoside가 $Ca^2+$, $K^+$,$Na^+$,$Cl^-$ channel이나 ligand gated ionchannel (5-HT3, nicotinic acetylcholine, NMDA receptor)과 같은 다양한 ion channel을 조절하는증거들이 발표되고 있다. Ginsenoside는 voltage-dependent $Ca^2+$, $K^+$,$Na^+$ channel의 활성을 억제하는 반면 $Ca^2+$-activated $Cl^-$ channel이나 $Ca^2+$-activated $K^+$ channel의 활성은 증가 시키는 것으로 나타났다. 또한 흥분성 ligand-gated ion channel인 $5-HT_3$, nicotinic acetylcholine, NMDA receptor의 활성은 억제한다. 본 총설에서는 현재까지 알려진 ion channel 활성에 대한 ginsenoside의 조절작용과 이것으로 인해 어떻게 생물학적 효능과 연결이 되어있는지에 대하여 이야기하고자 한다.
Mitochondria are cellular organelles that perform various functions within cells. They are responsible for ATP production, cell-signal regulation, autophagy, and cell apoptosis. Because the mitochondrial proteins that perform these functions need Ca2+ ions for their activity, mitochondria have ion channels to selectively uptake Ca2+ ions from the cytoplasm. The ion channel known to play the most important role in the Ca2+ uptake in mitochondria is the mitochondrial calcium uniporter (MCU) holo-complex located in the inner mitochondrial membrane (IMM). This ion channel complex exists in the form of a complex consisting of the pore-forming protein through which the Ca2+ ions are transported into the mitochondrial matrix, and the auxiliary protein involved in regulating the activity of the Ca2+ uptake by the MCU holo-complex. Studies of this MCU holo-complex have long been conducted, but we didn't know in detail how mitochondria uptake Ca2+ ions through this ion channel complex or how the activity of this ion channel complex is regulated. Recently, the protein structure of the MCU holo-complex was identified, enabling the mechanism of Ca2+ uptake and its regulation by the MCU holo-complex to be confirmed. In this review, I will introduce the mechanism of action of the MCU holo-complex at the molecular level based on the Cryo-EM structure of the MCU holo-complex to help understand how mitochondria uptake the necessary Ca2+ ions through the MCU holo-complex and how these Ca2+ uptake mechanisms are regulated.
The last two decades have shown a marked expansion in publications of diverse effects of Panax ginseng. Ginsenosides, as active ingredients of Panax ginseng, are saponins found in only ginseng. Recently, a line of evidences shows that ginsenosides regulate various types of ion channel activity such as Ca$^{2+}$, K$^+$, Na$^+$, Cl$^-$, or ligand gated ion channels (i.e. 5-HT$_3$, nicotinic acetylcholine, or NMDA receptor) in neuronal, non-neuronal cells, and heterologously expressed cells. Ginsenosides inhibit voltage-dependent Ca$^{2+}$, K$^+$, and Na$^+$ channels, whereas ginsenosides activate Ca$^{2+}$-activated Cl$^-$ and Ca$^{2+}$-activated K$^+$ channels. Ginsenosides also inhibit excitatory ligand-gated ion channels such as 5-HT$_3$. nicotinic acetylcholine, and NMDA receptors. This presentation will introduce recent findings on the ginsenoside-induced differential regulations of ion channel activities as a ligand as other drugs do.
The last two decades have shown a marked expansion in publications of diverse effects of Panax ginseng. Ginsenosides, as active ingredients of Panax ginseng, are saponins found in only ginseng. Recently, a line of evidences shows that ginsenosides regulate various types of ion channel activity such as $Ca^{2+},\;K^+,\;Na^+,\;Cl^-$, or ligand gated ion channels (i.e. $5-HT_3$, nicotinic acetylcholine, or NMDA receptor) in neuronal, non-neuronal cells, and heterologously expressed cells. Ginsenosides inhibit voltage-dependent $Ca^{2+},\;K^+,\;and\;Na^+$ channels, whereas ginsenosides activate $Ca^{2+}-activated\;Cl^-\;and\;Ca^{2+}-activated\;K^+$ channels. Ginsenosides also inhibit excitatory ligand-gated ion channels such as $5-HT_3$, nicotinic acetylcholine, and NMDA receptors. This review will introduce recent findings on the ginsenoside-induced differential regulations of ion channel activities and will further expand the possibilities how these ginsenoside-induced ion channel regulations are coupled to biological effects of Panax ginseng.
Mechanosensitive ion channels sense mechanical stimuli applied directly to the cellular membranes or indirectly through their tethered components, provoking cellular mechanoresponses. Among others, Piezo1 mechanosensitive ion channel is a relatively novel Ca2+-permeable channel that is primarily present in non-sensory tissues. Recent studies have demonstrated that Piezo1 plays an important role in Ca2+-dependent cell death, including apoptosis and ferroptosis, in the presence of mechanical stimuli. It has also been proven that cancer cells are sensitive to mechanical stresses due to higher expression levels of Piezo1 compared to normal cells. In this review, we discuss Piezo1-mediated cell death mechanisms and therapeutic strategies to inhibit or induce cell death by modulating the activity of Piezo1 with pharmacological drugs or mechanical perturbations induced by stretch and ultrasound.
Ion fluxes across the plasma membrane activated by 1 mM $Ce^{4+}$, cell apoptosis and taxol biosynthesis in suspension cultures of Taxus cusp/data were studied. The extracellular pH sharply decreased upon the addition of 1 mM $Ce^{4+}$, then increased gradually and exceeded the initial pH value over a time period of 12 h. The extracellular $Ca^{2+}$ concentration decreased within the first 3 h after the addition of $Ce^{4+}$, then gradually decreased to one third of initial value in control at about 72 h and remained unchanged afterwards. Experiments with an ion channel blocker and a $Ca^{2+}$-channel blocker indicated that the dynamic changes in extracellular pH and the $Ca^{2+}$ concentration resulted from the $Ce^{4+}$-induced activation of W uptake and $Ca^{2+}$ influx across the plasma membrane via ion channels. A pretreatment of the ion channel blocker initiated $Ce^{4+}$-treated cells to undergo necrosis, and the prior addition of the $Ca^{2+}$-channel blocker inhibited $Ce^{4+}$-induced taxol biosynthesis and apoptosis. It is thus inferred that W uptake is necessary for cells to survive a $Ce^{4+}$-caused acidic environment and is one of the mechanisms of $Ce^{4+}$-induced apoptosis. Furthermore, the $Ca^{2+}$ influx across the plasma membrane mediated both the $Ce^{4+}$-induced apoptosis and taxol biosynthesis.
Nilius, Bernd;Viana, Felix;Kamouchi, Masahiro;Fasolato, Cristina;Eggermont, Jan;Droogmans, Guy
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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제2권2호
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pp.133-145
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1998
$Ca^{2+}-signals$ in endothelial cells are determined by release from intracellular stores and entry through the plasma membrane. In this review, the nature of $Ca^{2+}$ entry and mechanisms of its control are reviewed. The following ion channels play a pivotal role in regulation of the driving force for $Ca^{2+}$ entry: an inwardly rectifying $K^+$ channel, identified as Kir2.1, a big-conductance, $Ca^{2+}-activated$$K^+$ channel (hslo) and at least two $Cl^-$ channels (a volume regulated $Cl^-$ channel, VRAC, and a $Ca^{2+}$ activated $Cl^-$ channel, CaCC). At least two different types of $Ca^{2+}$-entry channels exist: 1. A typical CRAC-like, highly selective $Ca^{2+}$ channel is described. Current density for this $Ca^{2+}$ entry is approximately 0.1pA/pF at 0 mV and thus 10 times smaller than in Jurkat or mast cells. 2. Another entry pathway for $Ca^{2+}$ entry is a more non-selective channel, which might be regulated by intracellular $Ca^{2+}$. Although detected in endothelial cells, the functional role of trp1,3,4 as possible channel proteins is unclear. Expression of trp3 in macrovascular endothelial cells from bovine pulmonary artery induced non-selective cation channels which are probably not store operated or failed to induce any current. Several features as well as a characterisation of $Ca^{2+}$-oscillations in endothelial cells is also presented.
Calcium수송에 대한 기전을 추구하기위하여, carbachol을 사용하여 ml muscarinic receptor-transfected RBL-2H3 cell-line에서 다음과 같은 실험결과를 얻었기에 이에 보고한다. 1) Carbachol의 투여로 이들 cell-line에서 $Ca^{2+}$ influx가 농도에 따라 증가하였고, hexosaminidase 분비양도 의의있게 증가하였다. 2) Atropine 투여로 Carbachol의 상승작용이 의의있게 억제되었다. 3) 수종의 금속양이온을 투여하여 carbachol의 $Ca^{2+}$수송에 대한 영향을 관찰한 바, 이들 금속이온들은 $Ca^{2+}$의 influx를 의의있게 억제하였다. 4) PMA(20 nM) 투여로 carbachol의 hexosaminidase의 분비는 억제되지 못했지만 $Ca^{2+}$ influx는 억제되었다. 5) PTx $(0.2\;{\mu}g/ml)$ 투여로 carbachol의 hexosaminidase 분비가 의의있게 억제되었다. 위의 결과로 미루어 보아, 이 세포의 muscarinic receptor가 calcium channel을 통한 calcium수송에 매우 중요한 영향을 나타내는데, 이들 calcium ion channel은 적어도 두 종류가 존재하며, 하나는G-protein-dependent calcium channel에 의하며, 다른 하나는 G-protein-independent calcium channel에 대한 작용에 의한 것으로 생각된다. 또한 이 calcium channel들은 2가 또는 3가의 다른 금속 ion들에 의하여 calcium수송이 억제된다.
Eum, Jin Hee;Park, Miseon;Yoon, Jung Ah;Yoon, Sook Young
한국발생생물학회지:발생과생식
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제24권4호
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pp.297-306
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2020
Repetitive changes in the intracellular calcium concentration ([Ca2+]i) triggers egg activation, including cortical granule exocytosis, resumption of second meiosis, block to polyspermy, and initiating embryonic development. [Ca2+]i oscillations that continue for several hours, are required for the early events of egg activation and possibly connected to further development to the blastocyst stage. The sources of Ca2+ ion elevation during [Ca2+]i oscillations are Ca2+ release from endoplasmic reticulum through inositol 1,4,5 tri-phosphate receptor and Ca2+ ion influx through Ca2+ channel on the plasma membrane. Ca2+ channels have been characterized into voltage-dependent Ca2+ channels (VDCCs), ligand-gated Ca2+ channel, and leak-channel. VDCCs expressed on muscle cell or neuron is specified into L, T, N, P, Q, and R type VDCs by their activation threshold or their sensitivity to peptide toxins isolated from cone snails and spiders. The present study was aimed to investigate the localization pattern of N and P/Q type voltage-dependent calcium channels in mouse eggs and the role in fertilization. [Ca2+]i oscillation was observed in a Ca2+ contained medium with sperm factor or adenophostin A injection but disappeared in Ca2+ free medium. Ca2+ influx was decreased by Lat A. N-VDCC specific inhibitor, ω-Conotoxin CVIIA induced abnormal [Ca2+]i oscillation profiles in SrCl2 treatment. N or P/Q type VDC were distributed on the plasma membrane in cortical cluster form, not in the cytoplasm. Ca2+ influx is essential for [Ca2+]i oscillation during mammalian fertilization. This Ca2+ influx might be controlled through the N or P/Q type VDCCs. Abnormal VDCCs expression of eggs could be tested in fertilization failure or low fertilization eggs in subfertility women.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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