It has been well known that 4-aminopyridine (4-AP) has an excitatory effect on vascular smooth muscle due to causing membrane depolarization by blocking $K^+-channel$. However, we observed that 4-AP had an inhibitory effect on the mesenteric artery of rat. Therefore, we investigated the mechanism of 4-AP-induced vasorelaxation. The mesenteric arcuate artery and its branches were isolated and cut into ring. The ring segment was immersed in HEPES-buffered solution and its isometric tension was measured. 4-AP $(0.1{\sim}10\;mM)$ induced a concentration-dependent relaxation, which was unaffected by NO synthase inhibitor, $N^G-nitro-L-arginine$ methylester $(100\;{\mu}M)$ or soluble guanylate cyclase inhibitor, methylene blue $(100\;{\mu}M).$ Glibenclamide $(100\;{\mu}M)$, ATP-sensitive $K^+$ channel blocker, did not exert any effect on the 4-AP-induced vasorelaxation. 4-AP relaxed the sustained contraction induced by 100 mM $K^+$ or $Ca^{2+}$ ionophore, A23187 $(100\;{\mu}M)$ in a dose-dependent manner. In addition, 4-AP significantly decreased the phasic contractile response to norepinephrine in the absence of extracellular $Ca^{2+}$. However, 4-AP did not block the $^{45}Ca$ influx of rat aorta. From the above results, we suggest that 4-AP may not block the $Ca^{2+}$ influx through $Ca^{2+}-channel,$ but act as a nonspecific vasorelaxant in arterial smooth muscle.
Kim, Jeong-Soo;Kim, Dong-Woo;Lee, Gye-Won;Jee, Ung-Kil
Journal of Pharmaceutical Investigation
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v.35
no.6
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pp.453-460
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2005
4-Aminopyridine (AP) is a potassium channel blocker used in the treatment of neurological disorders such as multiple sclerosis and Alzheimer disease. AP‘s window of therapeutic effect appears to correlate with its plasma halflife (3.5 hours). It demonstrates pH-dependent solubility because of a weakly basic drug. In addition, the resulting release from conventional matrix tablets decreases with increasing pH-milieu of the gastrointestinal tract. The aim of this study is to design sustained release matrix tablet containing AP, overcoming this problem. $Eudragit^{\circledR}$ L 100 (EuL) and sodium alginate were used in an effort to achieve pH independent drug release. The effect of sodium alginate and EuL on drug release from matrix tablet was investigated. The drug release behavior from the different tablets was analyzed by $t_{20%},\;t_{40%},\;t_{60%}$, The exponential diffusion coefficient n, kinetic constant K were calculated according to the Korsmeyer-Peppas equation. The drug release from matrix tablets prepared with sodium alginate was decreased with increasing the content of sodium alginate in pH 7.4 while there is no significant difference in pH 1.2. The exponent n values were determined to be approximately 0.5 and 0.8 respectively, in both pH 1.2 and 7.4. These values indicate diffusion-based anomalous mechanism and erosion-based anomalous mechanism, respectively. The drug release from sodium alginate matrix tablets prepared with solid dispersion of EuL containing drug showed a slow drug release in an acidic medium and a more fast drug release in phosphate medium, compared with sodium alginate matrix tablets prepared with physical mixture. These results may be attributed to the gel forming ability of sodium alginate and pH dependent solubility of EuL. Therefore, sustained-release AP matrix tablets using sodium alginate and EuL were successfully prepared.
Ion channel inhibitors are widely used for pharmacological discrimination between the different channel types as well as for determination of their functional role. In the present study, we tested the hypothesis that 4-aminopyridine (4-AP) could affect the large conductance $Ca^{2+}$-activated $K^+$ channel ($BK_{Ca}$) currents using perforated-patch or cell-attached configuration of patch-clamp technique in the rabbit pulmonary arterial smooth muscle. Application of 4-AP reversibly inhibited the spontaneous transient outward currents (STOCs). The reversal potential and the sensitivity to charybdotoxin indicated that the STOCs were due to the activation of $BK_{Ca}$. The $BK_{Ca}$ currents were recorded in single channel resolution under the cell-attached mode of patch-clamp technique for minimal perturbation of intracellular environment. Application of 4-AP also inhibited the single $BK_{Ca}$ currents reversibly and dose-dependently. The membrane potential of rabbit pulmonary arterial smooth muscle cells showed spontaneous transient hyperpolarizations (STHPs), presumably due to the STOC activities, which was also inhibited by 4-AP. These results suggest that 4-AP can inhibit $BK_{Ca}$ currentsin the intact rabbit vascular smooth muscle. The use of 4-AP as a selective voltage-dependent $K^+$ (KV) channel blocker in vascular smooth muscle, therefore, must be reevaluated.
Zn(II), Cd(II) and Hg(II) complexes with a general composition[$M(L)_2(X)_2$], where L=4-aminopyridine (4AP) and $X=NO_2{^-}$ were prepared under microwave irradiation. The metal complexes were characterized by elemental analyses, molar conductance, IR, Far-IR, electronic, NMR ($^1H$, $^{13}C$), XPS spectral and thermal studies. The spectroscopic studies reveal the composition, different modes of bonding, electronic transition, different chemical environment of C and H atoms and the electronic state of the metal atoms. On the basis of the characterization data, tetrahedral geometry is suggested for all the complexes. The free ligand (4-aminopyridine) and their metal complexes were screened against phytopathogenic fungi and bacteria in vitro and the activities were compared.
Kim, Hoe-Suk;Kim, Se-Hoon;Jeon, Byeong-Hwa;Chang, Seok-Jong
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.4
no.5
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pp.385-391
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2000
Using the patch-clamp technique, we investigated the alteration of 4-aminopyridine(4-AP)-sensitive, voltage-dependent $K^+$ channel (Kv) in the mesenteric arterial smooth muscle cell (MASMC) of renovascular hypertensive model, one-kidney one-clip Goldblatt hypertensive rat (GBH). To isolate $K_V$ current, internal pipette solution contained 5 mM ATP and 10 mM EGTA. Under these condition, MASMC was depolarized by 4-AP, but charybdotoxin did not affect membrane potential. Membrane potential of hypertensive cell $(-40.3{\pm}3.2\;mV)$ was reduced when compared to that of normotensive cell $(-59.5{\pm}2.8\;mV).$ Outward $K^+$ current of hypertensive cell was significantly reduced when compared to normotensive cell. At 60 mV, the outward currents were $19.10{\pm}1.91$ and $14.06{\pm}1.05$ pA/pF in normotensive cell and hypertensive cell respectively. 4-AP-sensitive $K^+$ current was also smaller in hypertensive cell $(4.28{\pm}0.38\;pA/pF)$ than in normotensive cell $(7.65{\pm}0.52\;pA/pF).$ The values of half activation voltage $(V_{1/2})$ and slope factor (k1) as well as the values of half inactivation voltage $(V_{1/2})$ and slope factor (k1) were virtually similar between GBH and NTR. These results suggest that the decrease of 4-AP-sensitive $K^+$ current contributes to a depolarization of membrane potential, which leads to development of vascular tone in GBH.
Microwave assisted syntheses of Zn(II), Cd(II) and Hg(II) complexes with 3-aminopyridine (3AP) and nitrite ($NO_2{^-}$) ions have been reported. The metal complexes were characterized by elemental analyses, molar conductance, IR, Far-IR, electronic, NMR ($^1H$, $^{13}C$), thermal and electron impact mass spectral studies. The spectroscopic studies reveal the composition, the nature of nitrite ligand in the complexes, electronic transitions, chemical environments of C and H atoms thermal degradation of the complexes. On the basis of characterization data, distorted tetrahedral geometry is suggested for Zn(II), Cd(II) and Hg(II) complexes. The organic ligand (3AP) and their metal complexes were screened against gram negative pathogenic bacteria and fungi in vitro. The results are compared with our previous report J. Korean Chem. Soc. 2013, 57, 341 on 4-aminopyridine and nitrite ion complexes of the same metal ions.
Echinacoside, an active compound in the herb Herba Cistanche, has been reported to inhibit glutamate release. In this study, we investigated the effects of echinacoside on spontaneous excitatory synaptic transmission changes induced by 4-aminopyridine (4-AP), by using the in vitro rat hippocampal slice technique and whole-cell patch clamp recordings from CA3 pyramidal neurons. Perfusion with echinacoside significantly suppressed the 4-AP-induced epileptiform activity in a concentration-dependent manner. Echinacoside reduced 4-AP-induced increase in frequency of spontaneous excitatory postsynaptic currents (sEPSCs) but it did not affect the amplitude of sEPSCs or glutamate-activated currents, implicating a presynaptic mechanism of action. Echinacoside also potently blocked sustained repetitive firing, which is a basic mechanism of antiepileptic drugs. These results suggest that echinacoside exerts an antiepileptic effect on hippocampal CA3 pyramidal neurons by simultaneously decreasing glutamate release and blocking abnormal firing synchronization. Accordingly, our study provides experimental evidence that echinacoside may represent an effective pharmacological agent for treating epilepsy.
It was attempted to clarify the participation of $K^+-channels$ in the post-receptor mechanisms of the muscarinic and $A_1-adenosine$ receptor- mediated control of acetylcholine (ACh) release in the present study. Slices from the rat hippocampus were equilibrated with $[^3H]$choline and the release of the labelled products was evoked by electrical stimulation (3 Hz, 5 V/cm, 2 ms, rectangular pulses), and the influence of various agents on the evoked tritium-outflow was investigated. Oxotremorine (Oxo, $0.1{\sim}10\;{\mu}M$), a muscarinic agonist, and $N^6-cyclopentyladenosine$ (CPA, $1{\sim}30\;{\mu}M$), a specific $A_1-adenosine$ agonist, decreased the ACh release in a dose-dependent manner, without affecting the basal rate of release. 4-aminopyridine (4AP), a specific A-type $K^+-channel$ blocker ($1{\sim}100\;{\mu}M$), increased the evoked ACh release in a dose-related fashion, and the basal rate of release is increased by 3 and $100\;{\mu}M$. Tetraethylammonium (TEA), a non-specific $K^+-channel$ blocker ($0.1{\sim}10\;{\mu}M$), increased the evoked ACh release in a dose-dependent manner without affecting the basal release. The effects of Oxo and CPA were not affected by $3\;{\mu}M$ 4AP co-treatment, but 10 mM TEA significantly inhibited the effects of Oxo and CPA. 4AP ($10\;{\mu}M$)- and TEA (10 mM)-induced increments of evoked ACh release were completely abolished in Ca^{2+}-free$ medium, but these were recoverd in low Ca^{2+}$ medium. And the effects of $K^+-channel$ blockers in low Ca^{2+}$ medium were inhibited by $Mg^{2+}$ (4 mM) and abolished by $0.3\;{\mu}M$ tetrodotoxin (TTX). These results suggest that the changes in TEA-sensitive potassium channel permeability and the consequent limitation of Ca^{2+}$ influx are partly involved in the presynaptic modulation of the evoked ACh-release by muscarinic and $A_1-adenosine$ receptors of the rat hippocampus.
Granule cells in dentate gyrus of hippocampus relay information from entorhinal cortex via perforant fiber to pyramidal cells in CA3 region. Their electrical activities are known to be closely associated with seizure activity as well as memory acquisition. Since action potential is a stereotypic phenomena which is based on all-or-none principle of $Na^+$ current, the neuronal firing pattern is mostly dependent on afterpotentials which follows the stereotypic $Na^+$ spike. Granule cells in dentate gyrus show afterdepolarization (ADP), while interneurons in dentate gyrus have afterhyperpolarizaton. In the present study, we investigated the ionic mechanism of afterdepolarization in hippocampal dentate granule cell. Action potential of dentate granule cells showed afterdepolarization, which was characterized by a sharp notch followed by a depolarizing hump starting at about $-49.04{\pm}1.69\;mV\;(n=43,\;mean{\pm}SD)$ and lasting $3{\sim}7$ ms. Increase of extracellular $Ca^{2+}$ from 2 mM to 10 mM significantly enhanced the ADP both in amplitude and in duration. A $K^+$ channel blocker, 4-aminopyridine (4-AP, 2 mM), enhanced the ADP and often induced burst firings. These effects of 10 mM $Ca^{2+}$ and 4-AP were additive. On the contrary, the ADP was significantly suppressed by removal of external $Ca^{2+},$ even in the presence of 4-AP (2 mM). A $Na^+$ channel blocker, TTX (100 nM), did not affect the ADP. From these results, it is concluded that the extracellular $Ca^{2+}$ influx contributes to the generation of ADP in granule cells.
The effect of racemic Ketamine HCl was observed on excitable membranes of sciatic nerve fibres and toe muscles from frog. Ketamine significantly depressed the amplitude of the action potential, maximum rate of rise and that of fall of action potentials of sciatic nerve by dose-dependent and time-course manner, and also it produced the inhibition of $K^+-contracture$ in toe muscle. We used two different ways of sucrose gap method to to obtain the better results from sciatic nerve. We observed and compared the effect of ketamine on sciatic nerve with naloxone, 4-AP (4-aminopyridine) and TEA (Tetraethylammonium). Naloxone significantly but not totally blocked the effect of ketamine both on nerve and on skeletal muscle. 4-AP or TEA by itself had a significant depressant effect on the action potentials on nerve by central perfusion (extracellular perfusion), but both of these drugs did not much affect the action of Ketamine on nerve. The reversibility of effect of Ketamine (10 mM) was observed both on nerve and on skeletal muscles when exposed to drug for short duration. The effects of racemic ketamine described may provide to support that one of the mechanisms of the action of Ketamine on nerve and on muscles of frog might be related to non-specifically effect on receptors within the ion channels $(K^+-channel,\;Na^+-channel\;or\;slow\;Ca^{++}\;channel)$ at higher dose which produces anesthetic effect and also it interacts specifically with one of the opioid receptors or subtype of these receptors which is sensitive to Naloxone at lower dose which produces analgesia.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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