The early studies of cardiac and smooth muscle cells provided evidence for two different calcium channels, the L-type (also called high-voltage activated [HVA]) and T-type (low-voltage activated [LVA]). These calcium channels provided calcium for muscle contractions and pace-making activities. As might be expected, the number of different calcium channels increased when researchers studied neurons and the identification of the neuronal calcium channels has proven to be much more difficult than with the muscle calcium channels. There are two reasons for this difficulty; (1) a larger number of different calcium channels in neurons and (2) many of the different calcium channels have similar kinetic properties. This review uses the N-type calcium channel to illustrate the difficulties in identifying and characterizing calcium channels in neurons. It shows that the discovery of toxins that can specifically block single calcium channel types has made it possible to easily and rapidly discern the physiological roles of the different calcium channels in the neuron, Without these toxins it is unlikely that progress would have been as rapid.
Kim, Hyeon Soo;Yumkham, Sanatombi;Choi, Jang Hyun;Kim, Eung-Kyun;Kim, Yong Sik;Ryu, Sung Ho;Suh, Pann-Ghill
Molecules and Cells
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제22권1호
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pp.51-57
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2006
Haloperidol is a classical neuroleptic drug that is still in clinical use and can lead to abnormal motor activity following repeated administration. However, there is little knowledge of how it triggers neuronal impairment. In this study, we report that it induced calcium ion influx via L-type calcium channels and that the elevation of calcium ions induced by haloperidol appeared to render hippocampal cells more susceptible to oxidative stress. Indeed, the level of cytotoxic reactive oxygen species (ROS) and the expression of pro-apoptotic Bax increased in response to oxidative stress in haloperidol-treated cells, and these effects were inhibited by verapamil, a specific L-type calcium channel blocker, but not by the T-type calcium channel blocker, mibefradil. These findings indicate that haloperidol induces calcium ion influx via L-type calcium channels and that this calcium influx influences neuronal fate.
Nimopidine, one of dihydropyridine derivatives, has been widely used to pharmacologically identify L-type Ca currents. In this study, it was tested if nimodipine is a selective blocker for L-type Ca currents in sensory neurons and heterologous system. In mouse dorsal root ganglion neurons (DRG), low concentrations of nimodipine $(<10\;{\mu}M),$ mainly targeting L-type Ca currents, blocked high-voltage-activated calcium channel currents by ${\sim}38%.$ Interestingly, high concentrations of nimodipine $(>10\;{\mu}M)$ further reduced the 'residual' currents in DRG neurons from ${\alpha}_{1E}$ knock-out mice, after blocking L-, N- and P/Q-type Ca currents with $10\;{\mu}M$ nimodipine, $1\;{\mu}M\;{\omega}-conotoxin$ GVIA and 200 nM ${\omega-agatoxin$ IVA, indicating inhibitory effects of nimodipine on R-type Ca currents. Nimodipine $(>10\;{\mu}M)$ also produced the inhibition of both low-voltage-activated calcium channel currents in DRG neurons and ${\alpha}_{1B}\;and\;{\alpha}_{1E}$ subunit based Ca channel currents in heterologous system. These results suggest that higher nimodipine $(>10\;{\mu}M)$ is not necessarily selective for L-type Ca currents. While care should be taken in using nimodipine for pharmacologically defining L-type Ca currents from native macroscopic Ca currents, nimodipine $(>10\;{\mu}M)$ could be a useful pharmacological tool for characterizing R-type Ca currents when combined with toxins blocking other types of Ca channels.
Carbon monoxide (CO) is low molecular weight oxide gas that is endogenously produced under physiological conditions and interacts with another gas, nitric oxide (NO), to act as a gastrointestinal messenger. The aim of this study was to determine the effects of exogenous CO on L-type calcium channel currents of human jejunal circular smooth muscle cells. Cells were voltage clamped with 10 mM barium ($Ba^{2+}$) as the charge carrier, and CO was directly applied into the bath to avoid perfusion induced effects on the recorded currents. 0.2% CO was increased barium current ($I_{Ba}$) by $15{\pm}2$% ($mean{\pm}S.E.$, p<0.01, n=11) in the cells. To determine if the effects of CO on barium current were mediated through the cGMP pathway, cells were pretreated with 1-H-[1,2,4]oxadiazolo[4,3,-a]quinoxalin-1-one (ODQ, $10{mu}M$), a soluble guanylyl cyclase inhibitor, and exogenous CO (0.2%) had no effect on barium currents in the presence of ODQ ($2{\pm}1$% increase, n=6, p>0.05). CO mediates inhibitory neurotransmission through the nitric oxide pathway. Therefore, to determine if the effects of CO on L-calcium channels were also mediated through NO, cells were incubated with $N^G-nitro-L-arginine$ (L-NNA, 1 mM), a nitric oxide synthase inhibitor. After L-NNA pretreatment, 0.2 % CO did not increase barium current ($4{\pm}2$% increase, n=6, p>0.05). NO donor, SNAP ($20{\mu}M$) increased barium current by $13{\pm}2$% (n=6, p<0.05) in human jejunal smooth muscle cells. These data suggest that CO activates L-type calcium channels through NO/cGMP dependant mechanism.
Objective : Tyrosine kinase inhibitors may be useful in the management of cerebral vasospasm. It has not yet been reported whether L-type $Ca^{2+}$ channels playa role in tyrosine kinase inhibitors-induced vascular relaxation of cerebral artery. This study was undertaken to clarify the role of L-type $Ca^{2+}$ channels in tyrosine kinase inhibitors-induced vascular relaxation, and to investigate the effect of tyrosine kinase inhibitors on L-type $Ca^{2+}$ channels currents in freshly isolated smooth muscle cells from rat basilar artery. Methods : The isolation of rat basilar smooth muscle cells was performed by special techniques. The whole cell currents were recorded by whole cell patch clamp technique in freshly isolated smooth muscle cells from rat basilar artery. Results : Patch clamp studies revealed a whole-cell current which resembles the L-type $Ca^{2+}$ current reported by others. The amplitude of this current was decreased by nimodipine and increased by Bay K 8644. Genistein[n=5], tyrphostin A-23[n=3]. A-25[n=6] $30{\mu}M$ reduced the amplitude of the L -type $Ca^{2+}$ channel current in whole cell mode. In contrast, diadzein $30{\mu}M$ [n=3]. inactive analogue of genistein, did not decrease the amplitude of the L-type $Ca^{2+}$ channels current. Conclusion : These results suggest that tyrosine kinase inhibitors such as genistein, tyrphostin A-23, A-25 may relax cerebral vessel through decreasing level of intracellular calcium, [$Ca^{2+}$]i, by inhibition of L-type $Ca^{2+}$ channel.
Opening of $Ca^{2+}$ -channels represents the final common pathway for insulin secretion in pancreatic beta-cells and related cell lines. We investigated voltage-sensitive calcium channels (VSCCs) and insulin secretion in RINm5F, an insulinoma cell line derived from rat pancreatic beta-cells. Several types of VSCCs were identified in RINm5f cells: dihydropyridine-sensitive L-type, $\omega$-conotoxin GVIA-sensitive N-type, $\omega$-agatoxin IVA-sensitive P-type channels, and $\omega$-conotoxin MVIIC sensitive Q-type channels.(omitted)
부신수질 크로마핀세포는 아세틸콜린에 반응하여 카테콜아민을 분비한다. 카테콜아민이 분비되기 위하여는 세포외 칼슘이 절대적으로 필요한데 이는 막전압 의존성 칼슘통로를 통하여 칼슘이 세포 속으로 유입되어야 분비기전이 시작됨을 시사한다. 부신수질 크로마핀 세포를 단일세포로 분리한 후 패치클람프 테크닉을 적용하여 여러 종류의 칼슘통로가 존재한다는 것이 알려져 있으나 아직 종이 달라짐에 따라 다른 칼슘통로가 존재하는 지 여부가 확실하지 않다. 그러므로 본 연구에서는 흰쥐 부신수질 크로마핀 세포를 대상으로 하여 단일 세포 패치클람프 테크닉을 적용하여 이 세포에 존재하는 다양한 칼슘통로의 존재를 확인하고자 하였다. L형 칼슘통로 억제제인 nicardipine, N형 칼슘통로 억제제인 $\omega$-CgTx GVIA, P형 칼슘통로 억제제인 $\omega$-AgaTx IVA를 사용하여 L형, N형, P형 칼슘통로가 흰쥐 부신수질 세포에 존재함을 확인하였고 개개의 칼슘통로가 전체 칼슘전류에 기여하는 정도는 L형 >N형> P형이었다.
뇌실하 영역은 뇌에서 신경줄기세포가 분포하는 곳으로 평생에 걸쳐 새로운 신경세포를 생성하는 곳이다. 많은 세포 안팎의 인자들이 신경줄기세포의 세포 증식과 신경세포로의 분화에 영향을 미친다. 최근 들어, L-type 칼슘 채널이 신경계의 발달을 조절하고 뇌실하 영역에 있는 신경줄기세포, 신경세포로 분화 중인 세포, 그리고 성숙한 신경세포에 분포한다고 밝혀졌다. L-type 칼슘 채널의 저해제인 nifedipine은 고혈압의 치료제로 오랜 기간 사용되어 왔다. 신경줄기세포에 nifedipine을 사용하여 L-type 칼슘 채널을 저해하는 연구는 많이 없는 상황이다. 이번 연구에서, 우리는 5일령 쥐의 뇌실하 영역에서 배양한 신경줄기세포에 nifedipine을 처리하여 신경세포로의 분화에 미치는 영향을 관찰하였다. Nifedipine은 Tuj1을 발현하는 신경세포의 수를 증가시킨 반면, Olig2를 발현하는 희소 돌기 아교 세포(oligodendrocytes)의 수에는 큰 영향을 미치지 않았다. Nifedipine은 S기를 표지하는 5-ethynyl-2'-deoxyuridine (EdU)가 들어간 세포의 수를 증가시켰고, 세포 분열시 나타나는 인산화된 히스톤 H3(PH3)를 발현하는 세포의 수를 증가시켰다. Nifedipine은 신경세포로의 분화를 촉진하는 Dlx2 유전자의 전사를 증가시켰고, 초기 신경세포에서 보이는 Mash1의 양도 증가시켰다. Nifedipine 외 또다른 L-type 칼슘 채널의 저해제인 verapamil을 처리하자, 신경세포로의 분화가 소폭 증가하였으나, 통계적 유의미성은 매우 낮았다. T-type 칼슘 채널의 저해제 유전자인 Cav3.1, Cav3.2, Cav3.3가 발현함을 관찰하여, T-type 칼슘 채널의 저해제인 pimozide를 신경줄기세포에 처리하였으나, 신경세포로의 분화에는 변화가 없었다. 이러한 결과를 통해 nifedipine이 신경줄기세포의 초기 분화를 증진함을 알 수 있으며, L-type 칼슘 채널이 신경세포로의 분화에 관여함을 알 수 있다.
Paeonol is a major component found in the Paeoniaceae family such as Paeonia suffruticosa Andrews. Paeonia suffruticosa Andrews has traditionally been used to enhance blood flow and relieve joint pain in east Asian countries including China, Korea and Japan. Current research has shown that paeonol blocked the voltage-gated sodium channel and L-type calcium channel. However, there is a lack of research to reveal the relation between cardiac function and blockade of ion channels by paeonol. Therefore, the aim of this study is to investigate whether paeonol has anti-arrhythmic effects via modulating cardiac ion channels. It is collected that the effects of paeonol on multiple ion channels such as the fast sodium channel and L-type calcium channel from published papers. To incorporate the information on multi-channel block, we computed the effects using the mathematical cardiac model of the guinea-pig and rat ventricular cells (Noble 1998 and 1991 model) and induced early after-depolarizations (EADs) to generate an arrhythmia in the whole heart. Paeonol slightly shortened the action potential duration in the normal cardiac ventricular action potential by the inhibition of sodium channel and L-type calcium channel. Paeonol presented the protective effect from EADs by the inactivation of sodium channel but not L-type calcium channel. Paeonol did not show any changes when it treated on normal ventricular cells through the inhibition of sodium channel, but the protective effect of paeonol through sodium channel on EADs was dose-dependent. These findings suggest that paeonol and its original plant may possess anti-arrhythmic activity, which implies their cardioprotective effects.
Polycystic kidney disease 2-like-1 (PKD2L1), also known as polycystin-L or TRPP3, is a non-selective cation channel that regulates intracellular calcium concentration. Calmodulin (CaM) is a calcium binding protein, consisting of N-lobe and C-lobe with two calcium binding EF-hands in each lobe. In previous study, we confirmed that CaM is associated with desensitization of PKD2L1 and that CaM N-lobe and PKD2L1 EF-hand specifically are involved. However, the CaM-binding domain (CaMBD) and its inhibitory mechanism of PKD2L1 have not been identified. In order to identify CaM-binding anchor residue of PKD2L1, single mutants of putative CaMBD and EF-hand deletion mutants were generated. The current changes of the mutants were recorded with whole-cell patch clamp. The calmidazolium (CMZ), a calmodulin inhibitor, was used under different concentrations of intracellular. Among the mutants that showed similar or higher basal currents with that of the PKD2L1 wild type, L593A showed little change in current induced by CMZ. Co-expression of L593A with CaM attenuated the inhibitory effect of PKD2L1 by CaM. In the previous study it was inferred that CaM C-lobe inhibits channels by binding to PKD2L1 at 16 nM calcium concentration and CaM N-lobe at 100 nM. Based on the results at 16 nM calcium concentration condition, this study suggests that CaM C-lobe binds to Leu-593, which can be a CaM C-lobe anchor residue, to regulate channel activity. Taken together, our results provide a model for the regulation of PKD2L1 channel activity by CaM.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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