Park, Eunice Yon June;Baik, Julia Young;Kwak, Misun;So, Insuk
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.23
no.3
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pp.219-227
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2019
Polycystic kidney disease 2-like-1 (PKD2L1), polycystin-L or transient receptor potential polycystin 3 (TRPP3) is a TRP superfamily member. It is a calcium-permeable non-selective cation channel that regulates intracellular calcium concentration and thereby calcium signaling. Although the calmodulin (CaM) inhibitor, calmidazolium, is an activator of the PKD2L1 channel, the activating mechanism remains unclear. The purpose of this study is to clarify whether CaM takes part in the regulation of the PKD2L1 channel, and if so, how. With patch clamp techniques, we observed the current amplitudes of PKD2L1 significantly reduced when co-expressed with CaM and $CaM{\triangle}N$. This result suggests that the N-lobe of CaM carries a more crucial role in regulating PKD2L1 and guides us into our next question on the different functions of two lobes of CaM. We also identified the predicted CaM binding site, and generated deletion and truncation mutants. The mutants showed significant reduction in currents losing PKD2L1 current-voltage curve, suggesting that the C-terminal region from 590 to 600 is crucial for maintaining the functionality of the PKD2L1 channel. With PKD2L1608Stop mutant showing increased current amplitudes, we further examined the functional importance of EF-hand domain. Along with co-expression of CaM, ${\triangle}EF$-hand mutant also showed significant changes in current amplitudes and potentiation time. Our findings suggest that there is a constitutive inhibition of EF-hand and binding of CaM C-lobe on the channel in low calcium concentration. At higher calcium concentration, calcium ions occupy the N-lobe as well as the EF-hand domain, allowing the two to compete to bind to the channel.
To assess the role of $\alpha_{1G}$ T-type $Ca^{2+}$ channels in neuropathic pain after L5 spinal nerve ligation, we examined behavioral pain susceptibility in mice lacking $Ca_{V}3.1$ (${\alpha}_{1G}{^{-/-}}$), the gene encoding the pore-forming units of these channels. Reduced spontaneous pain responses and an increased threshold for paw withdrawal in response to mechanical stimulation were observed in these mice. The ${{\alpha}_{1G}}^{-/-}$ mice also showed attenuated thermal hyperalgesia in response to both low-(IR30) and high-intensity (IR60) infrared stimulation. Our results reveal the importance of ${\alpha}_{1G}$ T-type $Ca^{2+}$ channels in the development of neuropathic pain, and suggest that selective modulation of ${\alpha}_{1G}$ subtype channels may provide a novel approach to the treatment of allodynia and hyperalgesia.
Song Hwi-June;Kim Ji-Young;Yoo Mi-Ae;Chung Hae-Young;Kim Jong-Min;Kim Byeong-Gee
Journal of Life Science
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v.16
no.3
s.76
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pp.433-441
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2006
Polyamines are essential for the normal cell growth and differentiation. They are also known to have paradoxical dual effects on cell proliferation. In this paper we show that the excess amount of polyamines induces apoptosis through the modulation of calcium signaling in LNCaP human prostate cancer cells. Polyamines, particularly spermidine and spermine, stimulated cell proliferation at a lower concentration (under 10 ${\mu}M$), but it inhibited cell viability at a higher concentration (40 ${\mu}M$). The levels of intracellular $Ca^{2+}$ concentration were increased only at a high concentration of polyamines treatment without any noticeable changes at lower concentrations. Nifedipine did not alter the increase of polyamine-induced $Ca^{2+}$ levels, but flufenamic acid totally abolished the increase of intracellular $Ca^{2+}$ levels. These results mean that polyamines induce $Ca^{2+}$ influx from the surroundings through nonselective cation channels on the cell membrane. The expression of Bcl-2 protein was almost completely blocked, but the level of Bax protein was increased dramatically in the cells treated with high concentration of polyamine. The present study shows that polyamines at a high concentration induce apoptosis through the modulation of intracellular calcium signaling. The increase of intracellular calcium level induced by polyamines, was possibly a result from the extracellular calcium influx through the nonselective cation channels.
Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a degenerative neuromuscular disease of unknown etiology in which the upper and lower motor neurons are progressively destroyed. Recent evidences support the role of autoimmune mechanisms in the pathogenesis of ALS. This study investigated the effects of sera from ALS patients on neuromuscular transmission in phrenic nerve-hemidiaphragm preparations and on calcium currents of single isolated dorsal root ganglion (DRG) cells in mice. Mice were injected with either control sera from healthy adults or ALS sera from 18 patients with ALS of sporadic form, for three days. Miniature end plate potential (MEPP) and nerve-evoked end plate potential (EPP) were measured using intracellular recording technique and the quantal content was determined. Single isolated DRG cells were voltage-clamped with the whole-cell configuration and membrane currents were recorded. Sera from 14 of 18 ALS patients caused a significant increase in MEPP frequency in normal Ringer's solution $(4.62{\pm}0.14\;Hz)$ compared with the control $(2.18{\pm}0.15\;Hz).$ In a high $Mg^{2+}/low\;Ca^{2+}$ solution, sera from 13 of 18 ALS patients caused a significant increase in MEPP frequency, from $2.18{\pm}0.31$ Hz to $6.09{\pm}0.38$ Hz. Sera from 11 of 18 patients produced a significant increase of nerve-evoked EPP amplitude, from $0.92{\pm}0.05$ mV to $1.30{\pm}0.04$ mV, while the other seven ALS sera did not alter EPP amplitude. In the ALS group, EPP quantal content was also elevated by the sera of 14 patients (from $1.49{\pm}0.07$ to $2.35{\pm}0.07).$ MEPP frequency and amplitude in wobbler mouse were $4.03{\pm}0.53$ Hz and $1.37{\pm}0.18$ mV, respectively, which were significantly higher than those of wobbler controls (wobblers without the symptoms of wobbler). Sera from ALS patients significantly reduced HVA calcium currents of DRG cells to 42.7% at -10 mV. Furthermore, the inactivation curve shifted to more negative potentials with its half-inactivation potential changed by 6.98 mV. There were, however, significant changes neither in the reversal potential of $I_{Ca}$ nor in the I-V curve. From these results it was concluded that: 1) The serum factors of sporadic ALS patients increase neuromuscular transmission and can alter motor nerve terminal presynaptic function. This suggests that ALS serum factors may play an important role in the early stage of ALS, and 2) Calcium currents in DRG cells were reduced and rapidly inactivated by ALS sera, suggesting that in these cells, ALS serum factors may exert interaction with the calcium channel.
The present study was attempted to investigate the effect of quinine on secretion of catecholamines (CA) etroked by cholinergic stimulation and membrane depolarization from the isolated perfused rat adrenal gland. The perfusion of quinine (15-150${\mu}$M) into an adrenal vein for 60 min produced dose- and time-dependent inhibition in CA secretion evoked by ACh ($5.32{\times}10^{-3}M$), high $K^{+}5.6{\times}10^{-2}M$, DMPP ($10^{-4}M$ for 2 min), McN-A-343 ($10^{-4}M$ for 2 min), cyclopiazonic acid ($10^{-5}$ for 4 min) and Bay-K-8644 ($10^{-5}$ M for 4 min). Also, under the presence of pinacidil ($10^{-4}$ M), which is also known to be a selective potassium channel activator, CA secretory responses evoked by ACh, high potassium, DMPP McN-A-343, Bay-K-8644 and cyclopiazonic acid were also greatly reduced. When preloaded along with quinine ($5{\times}10^{-5}M$) and glibenclamide ($10^{-6}$ M), a specific blocker of ATP-regulated potassium channels, CA secretory responses evoked by ACh, high potassium, DMPP McN-A-343, Bay-K-8644 and cyclopiazonic acid were recovered as compared to those of quinine-treatment only. taken together, these results demonstrate that quinine inhibits CA secretion evoked by stimulation of cholinergic (both nicotinic and muscarinic) receptors as well as by membrane depolarization through inhibiting influx of extracellular calcium and release in intracellular calcium in the rat adrenmodullary chromaffin cells. These findings suggest that activation of potassium channels may be involved at least in inhibitory action of quinine on CA secretion from the rat adrenal gland.
Proceedings of the Korean Society of Applied Pharmacology
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1998.11a
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pp.148-149
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1998
It has been known that potassium channel openers are a new class of molecules that have attracted general interest because of their potent antihypertensive activity in vivo and vasorelaxant activity in vitro (Hamilton and Weston, 1989). In the present study, it was attempted to examine the effect of the potassium channel opener on catecholamine (CA) secretion evoked by cholinergic stimulation, membrane depolarization and calcium mobilization from the isolated perfused rat adrenal gland. The perfusion of pinacidil (30-300 uM) into an adrenal vein for 20 min produced relatively dose-dependent inhibition in CA secretion evoked by ACh (5.32 mM), high $K^{+}$ (56 mM), DMPP (100 uM for 2 min), McN-A-343 (100 uM for 2 min), cyclopiazonic acid (10 uM for 4 min) and Bay-K-8644 (10 uM for 4 min). Also, under the presence of minoxidil (100 uM), which is also known to be a potassium channel activator, CA secretory responses evoked by ACh, high potassium, DMPP, McN-A-343, Bay-K-8644 and cyclopiazonic acid were also significantly depressed. However, in adrenal glands preloaded with pinacidil (100 uM) under the presence of glibenclamide (1 uM), an antidiabetic sulfonylurea that has been shown to be a specific blocker of ATP-regulated potassium channels (for 20 min), CA secretory responses evoked by ACh, high potassium, DMPP, McN-A-343, Bay-K-8644 and cyclopiazonic acid were considerably recovered to a considerable extent of the normal release as compared to that of pinacidil only. These results, taken together, suggest that pinacidil cause the marked inhibition of CA secretion evoked by stimulation of cholinergic (both nicotinic and muscarinic) receptors as well as by membrane depolarization, indicating strongly that this effect may be mediated by inhibiting influx of extracellular calcium and release in intracellular calcium in the rat adrenomedullary chromaffin cells. Furthermore, these findings suggest strongly that these potassium channel openers-sensitive membrane potassium channels also play an important role in regulating CA secretion.
Kim, Kyeong-Lok;Ok, Kyung-Min;Kim, Dong-Hyun;Park, Hong-Chae;Yoon, Seog-Young
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.50
no.4
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pp.263-268
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2013
Porous biphasic calcium phosphate scaffolds were fabricated by a freeze-gel casting technique using a tertiary-butyl alcohol (TBA)-based slurry. After sintering, unidirectional macropore channels of scaffolds aligned regularly along the TBA ice growth direction were tailored simultaneously with micropores formed in the outer wall of the pore channels. The crystallinity, micro structure, pore configuration, bulk density, and compressive strength for the scaffolds were investigated with X-ray diffractometery, scanning electron microscopy analysis, a water immersion method, and a universal test machine. The results revealed that the sintered porosity and pore size generally resulted in a high solid loading which resulted in low porosity and small pore size, which relatively increased the higher compressive strength. After being sintered at $1100-1300^{\circ}C$, the scaffolds showed an average porosity and compressive strength in the range 35.1-74.9% and 65.1-3.0 MPa, respectively, according to the processing conditions.
Kwon, Jae Won;Jeon, Young Keul;Kim, Jinsung;Kim, Sang Jeong;Kim, Sung Joon
Molecules and Cells
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v.44
no.10
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pp.758-769
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2021
Calcium homeostasis modulator 1 (CALHM1) is a membrane protein with four transmembrane helices that form an octameric ion channel with voltage-dependent activation. There are four conserved cysteine (Cys) residues in the extracellular domain that form two intramolecular disulfide bonds. We investigated the roles of C42-C127 and C44-C161 in human CALHM1 channel biogenesis and the ionic current (ICALHM1). Replacing Cys with Ser or Ala abolished the membrane trafficking as well as ICALHM1. Immunoblotting analysis revealed dithiothreitol-sensitive multimeric CALHM1, which was markedly reduced in C44S and C161S, but preserved in C42S and C127S. The mixed expression of C42S and wild-type did not show a dominant-negative effect. While the heteromeric assembly of CALHM1 and CALHM3 formed active ion channels, the co-expression of C42S and CALHM3 did not produce functional channels. Despite the critical structural role of the extracellular cysteine residues, a treatment with the membrane-impermeable reducing agent tris(2-carboxyethyl) phosphine (TCEP, 2 mM) did not affect ICALHM1 for up to 30 min. Interestingly, incubation with TCEP (2 mM) for 2-6 h reduced both ICALHM1 and the surface expression of CALHM1 in a time-dependent manner. We propose that the intramolecular disulfide bonds are essential for folding, oligomerization, trafficking and maintenance of CALHM1 in the plasma membrane, but dispensable for the voltage-dependent activation once expressed on the plasma membrane.
Lysophosphatidylcholine (LPC) is a major phospholipid component of oxidized low-density lipoprotein (ox-LDL) and is implicated in its atherogenic activity. This study investigated the effects of LPC on cell viability, intracellular calcium homeostasis, and the protective mechanisms of chlorogenic acid (CGA) in human umbilical vein endothelial cells (HUVECs). LPC increased intracellular calcium ($[Ca^{2+}]_i$) by releasing $Ca^{2+}$ from intracellular stores and via $Ca^{2+}$ influx through store-operated channels (SOCs). LPC also increased the generation of reactive oxygen species (ROS) and decreased cell viability. The mRNA expression of Transient receptor potential canonical (TRPC) channel 1 was increased significantly by LPC treatment and suppressed by CGA. CGA inhibited LPC-induced $Ca^{2+}$ influx and ROS generation, and restored cell viability. These results suggested that CGA inhibits SOC-mediated $Ca^{2+}$ influx and ROS generation by attenuating TRPC1 expression in LPC-treated HUVECs. Therefore, CGA might protect endothelial cells against LPC injury, thereby inhibiting atherosclerosis.
This study is to investigate the mechanism of inhibitory effect of imipramine on the calcium utilization in single cells isolated from canine detrusor. 2 mm thick smooth muscle chops were incubated in 0.12% collagenase solution at $36^{circ}C,$ and aerated with 95% $O_2/5%\;CO_2,$ and then cell suspension was examined. Acetylcholine (ACh) evoked a concentration-dependent contraction of the isolated detrusor cells in normal physiologic salt solution (PSS), and the ACh-induced contraction was significantly inhibited by imipramine. In $Ca^{2+}-free$ PSS, ACh-induced contraction was less than those in normal PSS and it was not affected by the pretreatment with imipramine. $Ca^{2+}-induced$ contraction in $Ca^{2+}-free$ PSS was supressed by imipramine, but addition of A 23187, a calcium ionophore, overcomed the inhibitory effect of imipramine. High potassium-depolarization (40 mM KCl) evoked cell contraction, which was inhibited by imipramine. Caffeine, a releasing agent of the stored $Ca^{2+}$ from sarcoplasmic reticulum, evoked a contraction of the cells that was not blocked by the pretreatment with imipramine. These results suggest that imipramine inhibits the influx of calcium in the detrusor cells through both the receptor-operated- and voltage-gated-calcium channels, but does not affect the release of calcium from intracellular storage site.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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