• The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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• 제19권5호
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• pp.389-399
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• 2015

Zinc has been considered as a vital constituent of proteins, including enzymes. Mobile reactive zinc ($Zn^{2+}$) is the key form of zinc involved in signal transductions, which are mainly driven by its binding to proteins or the release of zinc from proteins, possibly via a redox switch. There has been growing evidence of zinc's critical role in cell signaling, due to its flexible coordination geometry and rapid shifts in protein conformation to perform biological reactions. The importance and complexity of $Zn^{2+}$ activity has been presumed to parallel the degree of calcium's participation in cellular processes. Whole body and cellular $Zn^{2+}$ levels are largely regulated by metallothioneins (MTs), $Zn^{2+}$ importers (ZIPs), and $Zn^{2+}$ transporters (ZnTs). Numerous proteins involved in signaling pathways, mitochondrial metabolism, and ion channels that play a pivotal role in controlling cardiac contractility are common targets of $Zn^{2+}$. However, these regulatory actions of $Zn^{2+}$ are not limited to the function of the heart, but also extend to numerous other organ systems, such as the central nervous system, immune system, cardiovascular tissue, and secretory glands, such as the pancreas, prostate, and mammary glands. In this review, the regulation of cellular $Zn^{2+}$ levels, $Zn^{2+}$-mediated signal transduction, impacts of $Zn^{2+}$ on ion channels and mitochondrial metabolism, and finally, the implications of $Zn^{2+}$ in health and disease development were outlined to help widen the current understanding of the versatile and complex roles of $Zn^{2+}$.

• Molecules and Cells
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• 제25권3호
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• pp.390-396
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• 2008

Calreticulin (CRT) is one of the major $Ca^{2+}$ binding chaperone proteins of the endoplasmic reticulum (ER) and an unusual luminal ER protein. Postnatally elevated expression of CRT leads to impaired development of the cardiac conductive system and may be responsible for the pathology of complete heart block. In this study, the molecular mechanisms that affect $Ca^{2+}$-dependent signal cascades were investigated using CRT-overexpressing cardiomyocytes. In particular, we asked whether calreticulin plays a critical role in the activation of $Ca^{2+}$-dependent apoptosis. In the cells overexpressing CRT, the intracellular calcium concentration was significantly increased and the activity of PKC and level of SECAR2a mRNA were reduced. Phosphorylation of Akt and ERKs decreased compared to control. In addition the activity of the anti-apoptotic factor, Bcl-2, was decreased and the activities of pro-apoptotic factor, Bax, p53 and caspase 8 were increased, leading to a dramatic augmentation of caspase 3 activity. Our results suggest that enhanced CRT expression in mature cardiomyocytes disrupts intracellular calcium regulation, leading to calcium-dependent apoptosis.

• International Journal of Oral Biology
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• 제36권2호
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• pp.83-89
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• 2011

Substantia gelatinosa (SG) neurons receive synaptic inputs from primary afferent $A{\delta}$- and C-fibers, where nociceptive information is integrated and modulated by numerous neurotransmitters or neuromodulators. A number of studies were dedicated to the molecular mechanism underlying the modulation of excitability or synaptic plasticity in SG neurons and revealed that second messengers, such as cAMP and cGMP, play an important role. Recently, cAMP and cGMP were shown to downregulate each other in heart muscle cells. However, involvement of the crosstalk between cAMP and cGMP in neurons is yet to be addressed. Therefore, we investigated whether interaction between cAMP and cGMP modulates synaptic plasticity in SG neurons using slice patchclamp recording from rats. Synaptic activity was measured by excitatory post-synaptic currents (EPSCs) elicited by stimulation onto dorsal root entry zone. Application of 1 mM of 8-bromoadenosine 3,5-cyclic monophosphate (8-Br-cAMP) or 8-bromoguanosine 3,5-cyclic monophosphate (8-Br-cGMP) for 15 minutes increased EPSCs, which were maintained for 30 minutes. However, simultaneous application of 8-BrcAMP and 8-Br-cGMP failed to increase EPSCs, which suggested antagonistic cross-talk between two second messengers. Application of 3-isobutyl-1-methylxanthine (IBMX) that prevents degradation of cAMP and cGMP by blocking phosphodiesterase (PDE) increased EPSCs. Co-application of cAMP/cGMP along with IBMX induced additional increase in EPSCs. These results suggest that second messengers, cAMP and cGMP, might contribute to development of chronic pain through the mutual regulation of the signal transduction.

• 융합정보논문지
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• 제10권8호
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• pp.179-186
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• 2020

본 연구에서는 지압과 온열이 조합된 지압온열침대를 사용하여 뇌파와 맥파의 생체신호에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 건강한 성인 40명을 대상으로 조합자극침대를 사용하는 실험군 20명과 무자극의 대조군 20명으로 나누었다. 실험 결과, 뇌파는 실험군에서 델타파와 세타파에서 유의미하게 증가하였고 알파파와 베타파는 유의미하게 감소하였다. 맥파는 실험군에서 부교감신경활성지표가 증가하였으며 심박은 감소하였다. 대조군에서는 아무런 차이가 없었다. 이러한 뇌파의 변화는 조합자극침대가 수면유도의 효과를 주는 것으로 볼 수 있으며 맥파의 변화는 이완의 효과가 나타났다고 할 수 있다. 이러한 연구는 다양한 조합자극기기와 기능성 침대 제품개발에 기초 데이터로 활용될 것으로 기대된다.

• 대한수의학회지
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• 제38권1호
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• pp.29-42
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• 1998

$Mg^{2+}$ is one of the most abundant divalent cations in mammalian body(0.2~1.0mM) and the important physiological roles are : first, the cofactor of many enzyme activities, second, the regulator of glycolysis and DNA synthesis, third, the important role of bioenergetics by regulating of phosphorylation, fourth, the influence of cardiac metabolism and function. In this work we have investigated the regulation of the $Mg^{2+}$ induced by ${\alpha}_1-adrenoceptor$ stimulation in perfused guinea pig hearts and isolated myocytes. The $Mg^{2+}$ content of the perfusate or the supernatant was measured by atomic absorbance spectrophotometry. The elimination of $Mg^{2+}$ in the medium increased the force of contraction of right ventricular papillary muscles, and the left ventricular pressure. Phenylephrine also enhanced the force of contraction in the presence of $Mg^{2+}-free$ medium. ${\alpha}_1-Agonists$ such as phenylephrine and methoxamine were found to induce $Mg^{2+}$ efflux in both perfused hearts and myocytes. These effects were blocked by prazosin, an ${\alpha}_1-adrenoceptor$ antagonist. The $Mg^{2+}$ influx could also be induced by phenylephrine and R59022, a diacylglycerol kinase inhibitor. In the presence of protein kinase C(PKC) inhibitors, phenylephrine produced an increase in $Mg^{2+}$ efflux from perfused hearts. Furthermore, $Mg^{2+}$ efflux by phenylephrine was amplified by phorbol 12-myristate 13-acetate(PMA). This enhancement of $Mg^{2+}$ efflux by PMA was blocked by prazosin in perfused hearts. By contrast, the $Mg^{2+}$ influx could be induced by verapamil, nifedipine, ryanodine in perfused hearts, but not in myocytes. $W^7$, a $Ca^{2+}$/calmodulin antagonist, completely blocked the phenylephrine-induced $Mg^{2+}$ efflux in perfused hearts. In conclusion, $Mg^{2+}$ is responsible for the cardiac activity associated with ${\alpha}_1-adrenoceptor$ stimulation. The mobilization of $Mg^{2+}$ is decreased or increased by ${\alpha}_1-adrenoceptor$ stimulation in guinea pig hearts. These responses may be related specifically to the respective pathways of signal transduction. A decrease in $Mg^{2+}$ efflux by ${\alpha}_1-adrenoceptor$ stimulation in hearts can be through PKC dependent and intracellular $Ca^{2+}$ levels.

• 인터넷정보학회논문지
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• 제23권1호
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• pp.31-38
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• 2022

심전도(electrocardiogram)는 심장의 주기적인 활동을 전기적인 신호로 기록한 것으로 심근의 리듬을 측정하고 판단하여 개인건강을 진단할 수 있는 중요한 신체정보이다. 특성상 대용량의 정보를 발생하는데 특정 질병의 진단을 목표로 하는 경우 상당한 기간의 누적 신호를 필요로 한다. 따라서 의학적인 손실 없이 정보용량을 대폭 줄이기 위한 압축 및 저장 처리에 관한 연구가 활발하게 진행되어 왔다. 최근 일상생활에서 착용할 수 있고 신호를 실시간 전송할 수 있는 스마트한 측정기기의 개발로 심전도는 그 활용도가 더욱 높아지고 있다. 측정기기는 일반적으로 사용자의 편리성을 위해 성능과 전력소모가 제한적인데, 이런 환경에서 대용량의 신호를 수 초안에 처리하고 전송할 수 있는 기법의 개발이 요구되고 있다. 본 논문에서는 심전도의 단위 파형의 누적 평균(template)을 활용하여 효율적으로 신호를 압축 전송하는 기법을 제안한다. 압축은 템플릿 매칭을 활용하며 무손실(lossless)이 가능하다. 제안하는 기법은 기존의 대표적인 압축방식과 비교해서 고압축 환경에서 우수한 성능을 보여주며, 복잡도는 상대적으로 높지 않은 것으로 분석된다. 그리고 template 매칭 차이 값에 대한 기존의 압축 기술의 적용도 가능하다.

• 융합신호처리학회논문지
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• 제21권1호
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• pp.49-54
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• 2020

심혈관질환은 전 세계 주요 사망 원인으로 다양한 원인에 의해 발생한다. 심혈관질환의 가장 높은 위험인자는 고혈압으로 뚜렷한 증상이 없지만 방치할 경우 여러 합병증을 유발한다. 고혈압을 치료하기 위하여 약물치료와 규칙적 운동을 진행해야한다. 고혈압 환자의 경우 과도한 신체 활동 시 심장에 큰 무리가 발생해 심혈관질환으로 이어질 수 있다. 따라서 적정 강도로 운동을 진행할 수 있는 PTT 계측을 통한 운동 강도 모니터링 시스템이 요구된다. 본 연구에서는 심전도와 맥파 계측을 통해 PTT를 산출하여 운동 강도에 따른 PTT 변화 모니터링 시스템을 구현하였다. 구현된 시스템은 심전도의 R-peak와 맥파의 P-peak를 미분하여 peak간의 시간차를 이용하여 PTT를 산출한다. 운동 강도에 따른 PTT 변화 모니터링을 위하여 달리기 실험을 진행하였다. 실험결과 저강도는 0.313s, 중강도는 0.220s, 고강도는 0.188s의 PTT가 측정되었으며, 운동 강도가 증가함에 따라 PTT는 감소하는 것을 확인하였다.

• BMB Reports
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• 제40권5호
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• pp.749-756
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• 2007

Phosphorylation on serine/threonine or tyrosine residues of target proteins is an essential and significant regulatory mechanism in signal transduction during many cellular and life processes, including spermatogenesis, oogenesis and fertilization. In the present work, we reported the isolation and characterization of mouse testis-specific serine/threonine kinase 5 (Tssk5), which contains four alternatively spliced variants including, Tssk5$\alpha$, Tssk5$\beta$, Tssk5$\gamma$ and Tssk5$\delta$. Moreover, the locus of Tssk5 is on chromosome 14qC3 and the four variants had a similar high expression in the testis and the heart; however, had a low expression in other tissues, except for Tssk5$\alpha$ which also had comparably high expression in the spleen. Each variant of Tssk5 expression began in the testis 16 days after birth. Aside from TSSK5$\alpha$, the other isoforms have an insertion of ten amino acid residues (RLTPSLSAAG) in region VIb (HRD domain) (His-Arg-Asp). Moreover, only TSSK5$\alpha$ exhibited kinase activity and consistently, a further Luciferase Reporter Assay demonstrated that TSSK5$\beta$, TSSK5$\gamma$ and TSSK5$\delta$ cannot be stimulated at the CREB/CRE responsive pathway in comparison to TSSK5$\alpha$. These findings suggest that TSSK5$\beta$, TSSK5$\gamma$, TSSK5$\delta$ may be pseudokinases due to the insertion, which may damage the structure responsible for active kinase activity. Pull-down assay experiments indicated that TSSK5$\beta$, TSSK5 $\gamma$ and TSSK5$\delta$ can directly interact with TSSK5$\alpha$. In summary, these four isoforms with similar expression patterns may be involved in spermatogenesis through a coordinative way in testis.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제12권1호
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• pp.312-317
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• 2011

캡사이신 채널로 알려진 바닐로이드 수용체 TRPV1 (캡사이신채널, Transient Receptor Potential Vanilloid 1)은 통증발현에서 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 하지만 TRPV1의 활성조절에 관여하는 단백질에 대하여는 알려진 바가 많지 않다. 최근 rat TRPV1과 직접적으로 결합하는 단백질을 탐색하여 mouse Rab11-FIP3 (rab11-family interaction protein 3)가 rat TRPV1과 직접적으로 결합한다는 것이 보고되었다. Rab11은 여러 가지의 세포내 이동에 관여하는 것으로 보고되었다. 그러므로 Rab11-FIP3과의 결합을 통해 TRPV1의 세포막으로의 이동에 관여할 것으로 추측할 수 있다. 본 연구에서는 전에 보고된 연구가 mouse와 rat 이라는 다른 종의 단백질끼리의 결합이기 때문에 같은 종에서의 상호작용을 확인하고 Rab11-FIP3의 TRPV1의 세포막으로의 이동에서의 역할을 알아보고자 현재까지 동정되지 않은 rat의 Rab11-FIP3의 유전자를 GenBank 서열을 바탕으로 rat 뇌의 RNA 로부터 cDNA 를 클로닝하여 유전자를 분리하고 TRPV1 과의 관계를 세포생물학적으로 알아보았다. 연구결과 rat의 Rab11-FIP3는 489개의 아미노산 서열을 가지고 있으며 human과는 80%, mouse와는 90% 이상 아미노산 서열의 상동성을 보였다. 조직별 분포는 심장, 뇌, 간, 콩팥, 정소에서 발현되고 있는 것을 northern blot assay와 western blot assay 로 확인하였다. rat 의 뇌조직에서 TRPV1 과 Rab11-FIP3 단백질이 결합하여 colocalize 하는 것을 면역화학방법으로 확인하였다. 이 결합은 같은 family 의 TRPV2 와는 결합하지 않는 특이적 결합이므로 Rab11-FIP3 가 TRPV1 과 상호작용하여 세포막으로의 이동에 관여할 것이라는 것을 시사한다.

• 생명과학회지
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• 제28권2호
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• pp.240-246
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• 2018

원심성, 구심성 교감신경 신호는 고혈압 및 심부전의 발생과 밀접한 관련이 있다. 혈관 내 카테터를 이용한 교감신경절제술(RDM)은 난치성 고혈압의 대체치료로 시행되어 왔다. 시술과 관련하여 장기간 신장의 안정성에 대해서는 보고가 있었으나 단기간 심근의 안정성에 대한 연구 결과는 없었다. 저자들은 RDN 시술로 인한 교감신경차단 후 염증성 심근손상이 발생할 수 있음을 가정하여 실험으로 검증하고자 하였다. 25마리의 암컷돼지를 3군으로 나누고-정상대조군(n=5), Sham군(n=5), RDN 시술군(n=15)-RDN 시술군을 시술 후 sacrifice 시기에 따라 다시 세분하였다-시술 후 즉시 sacrifice한 RDN-0 (n=5), 시술 1주 후 sacrifice한 RDN-1 (n=5), 시술 2주 후 sacrifice한 RDN-2 (n=5). 조영제의 영향을 배제하기 위해 설정했던 Sham군과 정상대조군 간에는 의미있는 차이를 보이지 않았다. $IL-1{\beta}$, $TNF-{\alpha}$ 등의 염증 싸이토카인은 시술 1주 후 증가하여 2주째 감소하였다. 항염증 싸이토카인 IL-10은 시술 직후부터 증가하여 2주째 감소하였다. Inflammasome에 의해 위험신호(danger signal)를 전달받고 활성화되는 Caspase-1 및 inflammasome을 매개하는 도메인 ASC는 시술 직후 활성화되어 발현이 증가하였고 2주까지 지속되었다. 그러나 caspase-1을 매개할 것으로 추정되었던 NLRP3 inflammasome의 발현은 의미있는 차이를 보이지 않았다. RDN 시술에 의한 교감신경차단은 caspase-1, $IL-1{\beta}$ 등의 활성화에 의해 염증성 심근손상을 초래할 수 있으며 RDN 시술 후에는 그 위험성을 고려해야 하겠다. NLRP3 외에 다른 NLRP inflammasome pathway의 관련성에 대한 추가연구가 필요하다.