Recent studies have implicated reactive oxygen species (ROS) as determinants of the pathological pain caused by the activation of peripheral neurons. It has not been elucidated, however, how ROS activate the primary sensory neurons in the pain pathway. In this study, calcium imaging was performed to investigate the effects of NaOCl, a ROS donor, on the intracellular calcium concentration ($[Ca^{2+}]i$) in acutely dissociated dorsal root ganglion (DRG) neurons. DRG was sequentially treated with 0.2 mg/ml of both protease and thermolysin, and single neurons were then obtained by mechanical dissociation. The administration of NaOCl then caused a reversible increase in the $[Ca^{2+}]i$, which was inhibited by pretreatment with phenyl-N-tertbuthylnitrone (PBN) and isoascorbate, both ROS scavengers. The NaOCl-induced $[Ca^{2+}]i$ increase was suppressed both in a calcium free solution and after depletion of the intracellular $Ca^{2+}$ pool by thapsigargin. Additionally, this increase was predominantly blocked by pretreatment with the transient receptor potential (TRP) antagonists, ruthenium red ($50\;{\mu}M$) and capsazepine ($10\;{\mu}M$). Collectively, these results suggest that an increase in the intracellular calcium concentration is produced from both extracellular fluid and the intracellular calcium store, and that TRP might be involved in the sensation of pain induced by ROS.
Effects of high concentration of intracellular calcium on estradiol-induced vitellogenin(VTG) induction were examined using ouabain in Primary hepatocyte culture in the rainbow trout Oncorhynchus mykiss. Ouabain increases cytosolic free calcium as a result of inhibition of $Na^+ - Ca^{2+}$ exchanger. Ouabain markedly reduced VTG production to the control level, despite of calcium concentrations in the incubatin medium. Therefore, ouabain would reduce VTG production not by increasing intracellular calcium bt directly by inhibiting $Na^+ - K^+$ ATPase.
Intracellular calcium is an important physiological factor in most cells, and ruthenium red and ryanodine play an important role as calcium modulators. Ruthenium red inhibits calcium-induced calcium release(CICR) from the intracellular calcium store. Ryanodine activates calcium release through ryanodine channel. The present experiment was performed to investigate the effects of two modulators on calcium ion metabolism and to determine their dose-dependency in oocyte and early embryo of mouse. Intracellular calcium ion concentration was measured in realtime by using confocal laser scanning microscope(CLSM) after loading of Fluo-3/AM in mouse oocytes and early embryos. Ruthenium red decreased intracellular calcium ion concentration in oocytes and early embryos at its high concentration(30, 300 $\mu$M). Ryanodine increased intracellular calcium ion concentration in oocytes and early embryos in low concentration(0.01 $\mu$M) but decreased that at higher concentrations(1, 10 $\mu$M). These results indicate that two modulators affected calcium ion metabolism in oocyte and early embryo of mouse, and their dose-dependency was different from somatic cell including myocytes.
The effect of intracellular Ca2+ level on the hybridoma cell growth and monoclonal antibody(MAb) production was examined. For the manipulation of intracellular Ca2+ concentration, the cells were treated with A23187, ryanodine, and thapsigargin at about 1x106 cells/mL. The treated cells were recultivated by using the Iscove's Modified Dulbecco's Medium(MDM) containing 1.49mM CaCl2. The ryanodine-treated cells showed better cell growth, MAb concentration, and specific MAb productivity than others. In comparison with control, the maximum cell concentration, MAb concentration, and specific MAb productivity were increased by 40.6%, 48.1% and 83.3%, respectively. Confocal microscopic images of Fura-2/AM loaded cells indicate that the increase in intracellular Ca2+ level can enhance the MAb productivity by allowing the calcium influx into the endoplasmic reticulumn.
Background: Glutamate is the main excitatory neurotransmitter. Excessive glutamate causes excitatory toxicity and increases intracellular calcium, leading to neuronal death. Parvalbumin is a calcium-binding protein that regulates calcium homeostasis. Quercetin is a polyphenol found in plant and has neuroprotective effects against neurodegenerative diseases. Objectives: We investigated whether quercetin regulates apoptosis by modulating parvalbumin expression in glutamate induced neuronal damage. Methods: Glutamate was treated in hippocampal-derived cell line, and quercetin or vehicle was treated 1 h before glutamate exposure. Cells were collected for experimental procedure 24 h after glutamate treatment and intracellular calcium concentration and parvalbumin expression were examined. Parvalbumin small interfering RNA (siRNA) transfection was performed to detect the relation between parvalbumin and apoptosis. Results: Glutamate reduced cell viability and increased intracellular calcium concentration, while quercetin preserved calcium concentration and neuronal damage. Moreover, glutamate reduced parvalbumin expression and quercetin alleviated this reduction. Glutamate increased caspase-3 expression, and quercetin attenuated this increase in both parvalbumin siRNA transfected and non-transfected cells. The alleviative effect of quercetin was statistically significant in non-transfected cells. Moreover, glutamate decreased bcl-2 and increased bax expressions, while quercetin alleviated these changes. The alleviative effect of quercetin in bcl-2 family protein expression was more remarkable in non-transfected cells. Conclusions: These results demonstrate that parvalbumin contributes to the maintainace of intracellular calcium concentration and the prevention of apoptosis, and quercetin modulates parvalbumin expression in glutamate-exposed cells. Thus, these findings suggest that quercetin performs neuroprotective function against glutamate toxicity by regulating parvalbumin expression.
It has been postulated that the intracellular taurine is co-transported with $Na^+$down a concentration gradient and prevents the intracellular accumulation of sodium. It is therefore, expected that an elevated level of intracellular taurine prevents the sodium-promoted calcium influx to protect the cellular damages associated with sodium and calcium overload. In the present study, we evaluated the effects of intra- and extracellular taurine on the myocardial $Na^+$and$Ca^{++}$ contents and the cardiac functions in isolated rat hearts which were loaded with sodium by monensin, a $Na^+-ionophore$. Monensin caused a dose-dependent increase in intracellular $Na^+$ accompanied with a subsequent increase in intracellular $Ca^{++}$ and a mechanical dysfunction. In this monensin-treated heart, myocardial taurine content was decreased with a concomittent increase in the release of taurine. The monensin-induced increases in intracellular $Na^+$, $Ca^{++}$ and depression of cardiac function were prevented in the hearts of which taurine content had been increased by high-taurine diet. Conversely, in the hearts of which taurine concentration gradient had been decreased by addition of taurine in the perfusate, the monensin-induced increases in $Na^+$, $Ca^{++}$ and functional depression were accelerated. These results suggest that taurine, depending on the intra-extracellular concentration gradient, can affect intracellular sodium and calcium concentrations, and that an increased intracellular taurine may play a role in protection of myocardial dysfunction associated with the sodium and calcium overload.
Sphingosine is known to regulate a wide range of cell physiology including growth, differentiation, and apoptosis. In this study, we examined the effect of sphingosine on the phospholipase D (PLD) activity in rat thymocytes. Sphingosine potently stimulated PLD in the absence of extracellular calcium, while depletion of intracellular calcium by BAPTA/AM treatment completely blocked activation of PLD by sphingosine. Sphingosine-induced increase of the intracellular calcium concentration was confirmed using a fluorescent calcium indicator Fluo-3/AM. A phosphoinositide-specific phospholipase C inhibitor U73122 partially inhibited the stimulation of PLD by sphingosine. When mouse PLD2 gene was transfected into mouse thymoma EL4 cells, which lack intrinsic PLD activity, sphingosine could stimulate PLD2 significantly while overexpression of human PLD1 had no effect. Taken together, the sphingosine-stimulated PLD activity in rat thymocytes is dependent on the mobilization of intracellular calcium and appears to be due to the PLD2 isoform.
Recent studies indicate that reactive oxygen species (ROS) can act as modulators of neuronal activity, and are critically involved in persistent pain primarily through spinal mechanisms. In this study, we investigated the effects of NaOCl, a ROS donor, on neuronal excitability and the intracellular calcium concentration ($[Ca^{2+}]_i$) in spinal substantia gelatinosa (SG) neurons. In current clamp conditions, the application of NaOCl caused a membrane depolarization, which was inhibited by pretreatment with phenyl-N-tert-buthylnitrone (PBN), a ROS scavenger. The NaOCl-induced depolarization was not blocked however by pretreatment with dithiothreitol, a sulfhydryl-reducing agent. Confocal scanning laser microscopy was used to confirm whether NaOCl increases the intracellular ROS level. ROS-induced fluorescence intensity was found to be increased during perfusion of NaOCl after the loading of 2',7'-dichlorofluorescin diacetate ($H_2DCF$-DA). NaOCl-induced depolarization was not blocked by pretreatment with external $Ca^{2+}$ free solution or by the addition of nifedifine. However, when slices were pretreated with the $Ca^{2+}$ ATPase inhibitor thapsigargin, NaOCl failed to induce membrane depolarization. In a calcium imaging technique using the $Ca^{2+}$-sensitive fluorescence dye fura-2, the $[Ca^{2+}]_i$ was found to be increased by NaOCl. These results indicate that NaOCl activates the excitability of SG neurons via the modulation of the intracellular calcium concentration, and suggest that ROS induces nociception through a central sensitization.
Park, Choon-ok;Kim, Yang-mi;Haan, Jae-hee;Hong, Seong-geun
Korean Journal of Veterinary Research
/
v.34
no.1
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pp.25-36
/
1994
The inward tail current after a short depolarizing pulse has been known as Na-Ca exchange current activated by intracellular calcium which forms late plateau of the action potential in rabbit atrial myocytes. Chloride conductance which is also dependent upon calcium concentration has been reported as a possible tail current in many other excitable tissues. Thus, in order to investigate the exsitance of the calcium activated chloride current and its contribution to tail current, whole cell voltage clamp measurement has been made in single atrial cells of the rabbit. The current was recorded during repolarization following a brief 2 ms depolarizing pulse to +40mV from a holding potential of -70mV. When voltage-sensitive transient outward current was blocked by 2 mM 4-aminopyridine or replacement potassium with cesium, the tail current were abolished by ryanodine$(1{\mu}M)$ or diltiazem$(10{\mu}M)$ and turned out to be calcium dependent. The magnitudes of the tail currents were increased when intracellular chloride concentration was increased to 131 mM from 21 mM. The current was decreased by extracellular sodium reduction when intracellular chloride concentration was low(21 mM), but it was little affected by extracellular sodium reduction when intracellual chloride concentration was high(131 mM). The current-voltage relationship of the difference current before and after extracellular sodium reduction, shows an exponential voltage dependence with the largest magnitude of the current occurring at negative potentials, with is similar to current-voltage relationship at negative potentials, which is similar to current-voltage relationship of Na-Ca exchange current. The current was also decreased by $10{\mu}M$ niflumic acid and 1 mM bumetanide, which is well known anion channel blockers. The reversal potentials shifted according to changes in chloride concentration. The current-voltage relationships of the niflumic acid-sensitive currents in high and low concentration of chloride were well fitted to those predicted as chloride current. From the above results, it is concluded that calcium activated chloride component exists in the tail current with Na-Ca exchange current and it shows the reversal of tail current. Therefore it is thought that in the physiologic condition it leads to rapid end of action potential which inhibits calcium influx and it contributes to maintain the low intracellular calcium concentration with Na-Ca exchange mechanism.
N-acetyl-L-cysteine (NAC) and cysteine have been implicated in a number of human neutrophils' functional responses. However, though $Ca^{2+}$ signaling is one of the key signalings contributing to the functional responses of human neutrophils, effects of NAC and cysteine on intracellular calcium concentration ($[Ca^{2+}]_i$) in human neutrophils have not been investigated yet. Thus, this study was carried out with an objective to investigate the effects of NAC and cysteine on $[Ca^{2+}]_i$ in human neutrophils. We observed that NAC ($1{\mu}M{\sim}1mM$) and cysteine ($10{\mu}M{\sim}1mM$) increased $[Ca^{2+}]_i$ in human neutrophils in a concentration-dependent manner. In NAC pre-supplmented buffer, an additive effect on N-formyl-methionine-leucine-phenylalanine (fMLP)-induced increase in $[Ca^{2+}]_i$ in human neutrophils was observed. In $Ca^{2+}$-free buffer, NAC- and cysteine-induced $[Ca^{2+}]_i$ increase in human neutrophils completely disappeared, suggesting that NAC- and cysteine-mediated increase in $[Ca^{2+}]_i$ in human neutrophils occur through $Ca^{2+}$ influx. NAC- and cysteine-induced $[Ca^{2+}]_i$ increase was effectively inhibited by calcium channel inhibitors SKF96365 ($10{\mu}m$) and ruthenium red ($20{\mu}m$). In $Na^+$-free HEPES, both NAC and cysteine induced a marked increase in $[Ca^{2+}]_i$ in human neutrophils, arguing against the possibility that $Na^+$-dependent intracellular uptake of NAC and cysteine is necessary for their $[Ca^{2+}]_i$ increasing activity. Our results show that NAC and cysteine induce $[Ca^{2+}]_i$ increase through $Ca^{2+}$ influx in human neutrophils via SKF96365- and ruthenium red-dependent way.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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