Calcium-binding proteins are thought to play important roles in calcium buffering. The present study investigated the effects of ischemia and reperfusion on calbindin D28K, calretinin, and parvalbumin immunoreactivity in the ganglion cell layer of the rabbit. Rabbits were administered ischemic damage by increasing the intraocular pressure. After 60 and 90 min of ischemia, reperfusion (7 d) was allowed to occur. The b-wave of the electroretinogram (ERG) was reduced by more than 50% and almost 80% in retina given ischemia for 60 and 90 min, respectively. The oscillatory potential (OPs) wave was reduced approximately 50% at 60 min ischemia and 70% at 90 min ischemia. In both normal and ischemic-treated retina, calcium-binding protein immunoreactivity was seen in many cells in the ganglion cell layer. In eyes subjected to 60 min ischemia, there was a decrease of the density of calbindin D28K- (8.29%), calretinin- (14.44%), and parvalbumin- (26.83%) immunoreactive (IR) cells compared to the control retina. In eyes subjected to 90 min ischemia, there was a higher decrease of the density of calbindin D28K- (18.48%), calretinin- (33.59%), and parvalbumin- (54.26%) IR cells than at 60 min. Some calcium-binding protein-IR neurons, especially calretinin-IR neurons, showed aggregations that were abnormally packed together in retina subjected to ischemia for 90 min. The results show that calbindin D28K-, calretinin-, and parvalbumin-IR cells in the ganglion cell layer are susceptible to ischemic damage and reperfusion. The degree of reduction varied among different calcium-binding proteins and ischemic damage times. These results suggest that calbindin D28K-containing neurons are less susceptible to ischemic damage than calretinin- and parvalbumin-containing neurons in the ganglion cell layer of rabbit retina.
한국 연근해산 살오징어와 서해낙지의 시엽에서 신경전달물질을 분비하는 neuron의 특성 및 기능을 확인하기 위해 rabbit anti-dopamine (TH)과 rabbit anti-calbindin-$D_{28K}$ 등의 항체를 이용한 면역염색과 면역금지법을 시행한 결과는 다음과 같았다. 항-dopamine을 사용한 면역염색 결과 살오징어에서는 외과립세포층 상단에 위치한 대형 무축삭세포와 수질부의 섬을 이루는 세포들 중 $2{\sim}3$개의 비교적 소량의 세포만이 양성반응을 보인 반면, 서해낙지에서는 외과립세포층 상단 및 중간 부위의 $2{\sim}3$개의 세포와 수질부섬을 이루는 5개 이상의 세포에서 강한 양성반응을 보였다. 항-calbindin-D28k인 경우는 살오징어의 외과립세포층 상단에 위치한 $2{\sim}3$개의 소형 무축삭세포와 내과립세포층 하단에 위치한 $1{\sim}2$개의 세포에서 양성반응을 보인 반면, 서해낙지인 경우는 외과립세포층에서 4개 정도의 세포에서 양성 반응을 보였으나, 내과립세포층에서는 반응을 확인할 수 없었다. 면역금지법을 시행한 결과 살오징어에서는 항-dopamine과 항-calbindin에 면역반응을 보인 세포들의 세포질 $0.5{\mu}m^2$당 $17{\sim}26$개 정도의 비교적 많은 수의 금입자가 표지된 반면, 서해낙지에서는 세포질 $0.5{\mu}m^2$당 평균 10개 정도인 소량의 금입자만이 표지되어, 살오징어가 서해낙지에 비해 표지된 금입자가 거의 2배 정도 많았다.
To elucidate the neurochemical characteristics of the midbrain periaqueductal gray (PAG), the distribution patterns of several neuroanatomical markers within the PAG were compared. Immunohistochemical staining for the intracellular calcium binding proteins including calbindin, calretinin, and parvalbumin and histochemical staining for cytochrome oxidase, acetylcholinesterase, and NADPH-diaphorase were performed in. Each chemical substance were localized in the specific subregions within PAG. Calbindin- immunoreactivity were selectively distributed in the dorsolateral PAG, the ventral half of lateral PAG, the ventralateral PAG, and supraoculomotor cap (Su3C) nucleus. Distribution of calretinin-immunoreactivity were generally similar with that of clabindin, but showed relatively low subregional selectivity. Parvalbumin-immunoreactivity was very poor within the PAG. High reactivity of cytochrome oxidase were found in the dorsomedial PAG and the lateral half of lateral PAG, in which calbindin- and calretinin-immunoreactive perikarya were scarcely observed. Acetylcholinesterase distribution was similar with that of cytochrome oxidase, and the difference was in the additional marking of of Su3C with acetylcholinesterase. Results of the present study provides data for the further subdivisions of the territory of the PAG compared to the presently accepted subregions within the PAG.
The calcium-binding proteins (CaBP), parvalbumin (PV) and calbindin-D 28K (calbindin) are particularly abundant and specific in their distribution, and present in different subsets of neurons in many brain regions. Although their physiological roles in the neurons have not been elucidated, they are valuable markers of neuronal subpopulations for anatomical and developmental studies. This study is designed to characterize dorsal lateral geniculate nucleus (dLGN) neurons and axon terminals in terms of differential expression of immunoreactivity (IR) for two well-known CaBPs, PV and calbindin. The experiments were carried out on 6 adult monkeys. Monkeys were perfused under deep Nembutal anesthesia with 2% paraformaldehyde and 0.2% glutaraldehyde in 0.1M phosphate buffer. After removal, the brains were postfixed for 6-8 hr in 2% paraformaldehyde at $4^{\circ}C$ and infiltrated with 30% sucrose at $4^{\circ}C$. Thereafter, they were frozen in dry ice. Serial sections of the thalamus, at $20{\mu}m$, were made in the frontal plane with a sliding microtome. The sections were stained for PV and calbindin with indirect immunocytochemical methods. For electron microscopy, after infiltration with 30% sucrose the blocks of thalamus were serially sectioned at $50{\mu}m$ with a Vibratome in the coronal plane and stained immediately by indirect ABC methods without Triton X-100 in incubation medium. Stained sections were postfixed in 0.2% osmium tetroxide, dehydrated and flat-embedded in Spurr resin. The block was then trimmed to contain only a selected lamina or interlaminar space. The dLGN proper showed strong PV IR in fibers in all laminae and interlaminar zones. Particularly dense staining was noted in layers 1 and 2 that contain many stained fibers from optic tract. Neuronal cell body stained with PV was concentrated only in the laminae. In these laminae staining was moderate in cell bodies of all large and medium-sized neurons, and was strong in cell bodies of some small neurons together with their processes. Calbindin IR was marked in the neuronal cell body and neuropil in the S layers and interlaminar zones whereas moderate in the neuropil throughout the nucleus. Regional difference in distribution of PV and calbindin IR cell is distinct; the former is only in the laminae and the latter in both the S layer and interlaminar space. The CaBP-IR elements were confined to about $10{\mu}m$ in depth of Vibratome section. The IR product for CaBP was mainly associated with synaptic vesicle, pre- and post-synaptic membrane, and outer mitochondrial membrane and along microtubule. PV-IR was noted in various neuronal elements such as neuronal soma, dendrite, RLP, F, PSD and some myelinated or unmyelinated axons, and was not seen in the RSD and glial cells. Only a few neuronal components in dLGN was IR for calbindin and its reaction product was less dense than that of PV, and scattered throughout cytoplasm of soma of some relay neurons, and was also persent in some dendrite, myelinated axons and RLP. The RSD, F, PSD and glial elements were always non-IR for calbindin. Calbindin labelled RLP were presynaptic to unlabeled dendrite or dendritic spine and PSD. Calbindin-labeled dendrite of various sizes were always postsynaptic to unlabeled RSD, RLP or F. From this study it is suggested that dLGN cells of different functional systems and their differential projection to the visual cortex can be distinguished by differential expression of PV and calbindin.
A $2{\times}2$ factorial experiment was conducted to study the effect of dietary calcium and non-phytate phosphorus (nPP) imbalance on calbindin and NaPi-IIb mRNA levels in the small intestine and tibia parameters of broiler chicks. One hundred and forty four 1-d-old Arbor Acres male broiler chicks were divided into four treatments consisted of six replicates with six chicks each. The two dietary calcium levels were 1.10% and 0.60%, and two dietary nPP levels were 0.50% and 0.27%. Results showed that a high Ca/nPP ratio diet (4.07:1) significantly depressed feed intake and weight gain of broilers (p<0.05), but a lower Ca:nPP ratio (1.2:1) had no influence (p>0.05). Low-Ca with low-P diet resulted in low tibia minerals and tibia breaking strength of broilers, and all the tibia parameters were further decreased when the dietary ratio of Ca to P was relative higher. Low dietary Ca or P up-regulated the calbindin and NaPi-IIb mRNA expression levels. Low Ca with normal P diet up-regulated duodenal calbindin mRNA expression level to the greatest extent. Low P with a normal Ca diet significantly enhanced NaPi-IIb mRNA expression level to the highest extent. These results suggest that the calbindin and NaPi-IIb mRNA expression were enhanced by the imbalance between dietary Ca and nPP, and their expression were not only influenced by Ca or nPP level, but also the ratio of Ca:nPP.
Melatonin (N-acetyl-5-methoxytryptamine) is the major neurohormone secreted during the night by the vertebrate pineal gland. The circadian pattern of pineal melatonin secretion is related to the biological clock within the suprachiasmatic nucleus (SCN) of the hypothalamus in mammals. The SCN coordinates the body's rhythms to the environmental light-dark cycle in response to light perceived by the retina, which acts mainly on retinal ganglion cells that contain the photopigment melanopsin. Calbindin-D9k (CaBP-9k) is a member of the S100 family of intracellular calcium- binding proteins, and in this review, we discuss the involvement of melatonin and CaBP-9k with respect to calcium homeostasis and apoptotic cell death. In future studies, we hope to provide important information on the roles played by CaBP-9k in cell signal transduction, cell proliferation, and $Ca^{2+}$ homeostasis in vivo and in vitro.
Objective : While many factors contribute to aging, changes in calcium homeostasis and calcium related neuronal processes are likely to be important. High intracellular calcium is toxic to cells and alterations in calcium homeostasis are associated with changes in calcium-binding proteins, which confine free $Ca^{2+}$. We therefore assayed the expression of the calcium binding proteins calretinin and calbindin in the central auditory nervous system of rats. Methods : Using antibodies to calretinin and calbindin, we assayed their expression in the cochlear nucleus, superior olivary nucleus, inferior colliculus, medial geniculate body and auditory cortex of young (4 months old) and aged (24 months old) rats. Results : Calretinin and calbindin staining intensity in neurons of the cochlear nucleus was significantly higher in aged than in young rats (p<0.05) The number and staining intensity of calretinin-positive neurons in the inferior colliculus, and of calbindin-positive neurons in the superior olivary nucleus were greater in aged than in young rats (p<0.05). Conclusion : These results suggest that auditory processing is altered during aging, which may be due to increased intracellular $Ca^{2+}$ concentration, consequently leading to increased immunoreactivity toward calcium-binding proteins.
Nitric oxide (NO) occurs in various types of cells in the central nervous system. We studied the distribution and morphology of neuronal nitric oxide synthase (NOS)-containing neurons in the visual cortex of mouse and rabbit with antibody immunocytochemistry. We also compared this labeling to that of calbindin D28K, calretinin, and parvalbumin. Staining for NOS was seen both in the specific layers and in selective cell types. The densest concentration of intense anti-NOS immunoreactive (IR) neurons was found in layer VI, while the weak anti-NOS-IR neurons were found in layer II/III in both animals. The NOS-IR neurons varied in morphology. The large majority of NOS-IR neurons were round or oval cells with many dendrites coursing in all directions. Two-color immunofluorescence revealed that only 16.7% of the NOS-IR cells were double-labeled with calbindin D28K in the mouse visual cortex, while more than half (51.7%) of the NOS-IR cells were double-labeled with calretinin and 25.0% of the NOS-IR cells were double-labeled with parvalbumin in mouse. By contrast, 92.4% of the NOS-IR neurons expressed calbindin D28K while only 2.5% of the NOS-IR neurons expressed calretinin in the rabbit visual cortex. In contrast with the mouse, none of the NOS-IR cells in the rabbit visual cortex were double-labeled with parvalbumin. The results indicate that neurons in the visual cortex of both animals express NOS in specific layers and cell types, which do not correlate with the expression of calbindin D28K, calretinin or parvalbumin between the two animals.
Calbindin-$D_{9k}$ (CaBP-9k), a cytosolic calcium-binding protein, is expressed in a variety of tissues, i.e., the duodenum, uterus, placenta, kidney and pituitary gland. Duodenal CaBP-9k is involved in intestinal calcium absorption, and is regulated at transcriptional and post-transcriptional levels by 1,25-dihydroxyvitamin D3, the hormonal form of vitamin D, and glucocorticoids (GCs). Uterine CaBP-9k has been implicated in the regulation of myometrial action(s) through modulation of intracellular calcium, and steroid hormones appear to be the main regulators in its uterine and placental regulation. Because phenotypes of CaBP-9k-null mice appear to be normal, other calcium-transporter genes may compensate for its gene deletion and physiological function in knockout mice. Previous studies indicate that CaBP-9k may be controlled in a tissue-specific fashion. In this review, we summarize the current information on calcium homeostasis related to CaBP-9k gene regulation by GCs, vitamin D and its receptors, and its molecular regulatory mechanism. In addition, we present related data from our current research.
The neuronal localization of alpha-amino-3-hydroxyl-5-methyl-4-isoxazole propionic acid (AMPA) glutamate receptor (GluR) subunits is vital as they play key roles in the regulation of calcium permeability. We have examined the distribution of the calcium permeable AMPA glutamate receptor subunit GluR1 in the mouse visual cortex immunocytochemically. We compared this distribution to that of the calcium-binding proteins calbindin D28K, calretinin, and parvalbumin, and of GABA. The highest density of GluR1-immunoreactive (IR) neurons was found in layers II/III. Enucleation appeared to have no effect on the distribution of GluR1-IR neurons. The labeled neurons varied in morphology; the majority were round or oval and no pyramidal cells were labeled by the antibody. Two-color immunofluorescence revealed that 26.27%, 10.65%, and 40.31% of the GluR1-IR cells also contained, respectively, calbindin D28K, calretinin, and parvalbumin. 20.74% of the GluR1-IR neurons also expressed GABA. These results indicate that many neurons that express calcium-permeable GluR1 also express calcium binding proteins. They also demonstrate that one fifth of the GluR1-IR neurons in the mouse visual cortex are GABAergic interneurons.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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