Recent studies indicate that reactive oxygen species (ROS) are critically involved in persistent pain primarily through spinal mechanisms, and that mitochondria are the main source of ROS in the spinal dorsal horn. To investigate whether mitochondrial ROS can induce changes in membrane excitability on spinal substantia gelatonosa (SG) neurons, we examined the effects of mitochondrial electron transport complex (ETC) substrates and inhibitors on the membrane potential of SG neurons in spinal slices. Application of ETC inhibitors, rotenone or antimycin A, resulted in a slowly developing and slight membrane depolarization in SG neurons. Also, application of both malate, a complex I substrate, and succinate, a complex II substrate, caused reversible membrane depolarization and enhanced firing activity. Changes in membrane potential after malate exposure were more prominent than succinate exposure. When slices were pretreated with ROS scavengers such as phenyl-N-tert-buthylnitrone (PBN), catalase and 4- hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl (TEMPOL), malate-induced depolarization was significantly decreased. Intracellular calcium above $100{\mu}M$ increased malateinduced depolarization, witch was suppressed by cyclosporin A, a mitochondrial permeability transition (MPT) inhibitor. These results suggest that enhanced production of spinal mitochondrial ROS can induce nociception through central sensitization.
Reactive oxygen species (ROS) and nitrogen species (RNS) are implicated in cellular signaling processes and as a cause of oxidative stress. Recent studies indicate that ROS and RNS are important signaling molecules involved in nociceptive transmission. Xanthine oxidase (XO) system is a well-known system for superoxide anions ($O{_2}^{{\cdot}_-}$) generation, and sodium nitroprusside (SNP) is a representative nitric oxide (NO) donor. Patch clamp recording in spinal slices was used to investigate the role of $O{_2}^{{\cdot}_-}$ and NO on substantia gelatinosa (SG) neuronal excitability. Application of xanthine and xanthine oxidase (X/XO) compound induced membrane depolarization. Low concentration SNP ($10{\mu}M$) induced depolarization of the membrane, whereas high concentration SNP (1 mM) evoked membrane hyperpolarization. These responses were significantly decreased by pretreatment with phenyl N-tert-butylnitrone (PBN; nonspecific ROS and RNS scavenger). Addition of thapsigargin to an external calcium free solution for blocking synaptic transmission, led to significantly decreased X/XO-induced responses. Additionally, X/XO and SNP-induced responses were unchanged in the presence of intracellular applied PBN, indicative of the involvement of presynaptic action. Inclusion of GDP-${\beta}$-S or suramin (G protein inhibitors) in the patch pipette decreased SNP-induced responses, whereas it failed to decrease X/XO-induced responses. Pretreatment with n-ethylmaleimide (NEM; thiol-alkylating agent) decreased the effects of SNP, suggesting that these responses were mediated by direct oxidation of channel protein, whereas X/XO-induced responses were unchanged. These data suggested that ROS and RNS play distinct roles in the regulation of the membrane excitability of SG neurons related to the pain transmission.
Hesperidin, the most abundant polyphenolic compound found in citrus fruits, has been known to possess neuroprotective, sedative, and anticonvulsive effects on the nervous system. In a recent electrophysiological study, it was reported that hesperidin induced biphasic change in population spike amplitude in hippocampal CA1 neurons in response to both single spike stimuli and theta-burst stimulation depending on its concentration. However, the precise mechanism by which hesperidin acts on neuronal functions has not been fully elucidated. Here, using whole-cell patch-clamp recording, we revealed that hesperidin did not affect excitatory synaptic activities such as basal synaptic transmission and theta-burst LTP. Moreover, in a current injection experiment, spike number, resting membrane potential and action potential threshold also remained unchanged. Taken together, these results indicate that the effects of hesperidin on the neuronal functions such as spiking activity might not be attributable to either modification of excitatory synaptic transmissions or changes in membrane excitability in hippocampal CA1 neuron.
Recent studies indicate that mitochondria are an important source of reactive oxygen species (ROS) in the spinal dorsal horn. In our previous study, application of malate, a mitochondrial electron transport complex I substrate, induced a membrane depolarization, which was inhibited by pretreatment with ROS scavengers. In the present study, we used patch clamp recording in the substantia geletinosa (SG) neurons of spinal slices, to investigate the cellular mechanism of mitochondrial ROS on neuronal excitability. DNQX (an AMPA receptor antagonist) and AP5 (an NMDA receptor antagonist) decreased the malate-induced depolarization. In an external calcium free solution and addition of tetrodotoxin (TTX) for blockade of synaptic transmission, the malate-induced depolarization remained unchanged. In the presence of DNQX, AP5 and AP3 (a group I metabotropic glutamate receptor (mGluR) antagonist), glutamate depolarized the membrane potential, which was suppressed by PBN. However, oligomycin (a mitochondrial ATP synthase inhibitor) or PPADS (a P2 receptor inhibitor) did not affect the substrates-induced depolarization. These results suggest that mitochondrial substrate-induced ROS in SG neuron directly acts on the postsynaptic neuron, therefore increasing the ion influx via glutamate receptors.
Reactive oxygen species (ROS) are toxic agents that may be involved in various neurodegenerative diseases. Recent studies indicate that ROS can act as modulators of neuronal activity, and are critically involved in persistent pain primarily through spinal mechanisms. In the present study, whole cell patch clamp recordings were carried out to investigate the effects of tert-buthyl hydroperoxide (t-BuOOH), an ROS, on neuronal excitability and the mechanisms underlying changes of membrane excitability. In current clamp condition, application of t-BuOOH caused a reversible membrane depolarization and firing activity in substantia gelatinosa (SG) neurons. When slices were pretreated with phenyl-N-tert-buthylnitrone (PBN) and ascorbate, ROS scavengers, t-BuOOH failed to induce membrane depolarization. However, isoascorbate did not prevent t-BuOOH-induced depolarization, suggesting that the site of ROS action is intracellular. The t-BuOOH-induced depolarization was not blocked by pretreatment with dithiothreitol (DTT), a sulfhydryl-reducing agent. The membrane-impermeant thiol oxidant 5,5-dithiobis 2-nitrobenzoic acid (DTNB) failed to induce membrane depolarization, suggesting that the changes of neuronal excitability by t-BuOOH are not caused by the modification of extrathiol group. The t-BuOOH-induced depolarization was suppressed by the phospholipase C (PLC) blocker U-73122 and inositol triphosphate ($IP_3$) receptor antagonist 2-aminoethoxydiphenylbolate (APB), and after depletion of intracellular $Ca^{2+}$ pool by thapsigargin. These data suggest that ROS generated by peripheral nerve injury can induce central sensitization in spinal cord, and t-BuOOH-induced depolarization may be regulated by intracellular $Ca^{2+}$ store mainly via $PLC-IP_3$ pathway.
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.
The caudal subnucleus of the spinal trigeminal nucleus (medullary dorsal horn; MDH) receives direct inputs from small diameter primary afferent fibers that predominantly transmit nociceptive information in the orofacial region. Recent studies indicate that reactive oxygen species (ROS) is involved in persistent pain, primarily through spinal mechanisms. In this study, we aimed to investigate the role of xanthine/xanthine oxidase (X/XO) system, a known generator of superoxide anion ($O_2{^-}$), on membrane excitability in the rat MDH neurons. For this, we used patch clamp recording and confocal imaging. An application of X/XO ($300{\mu}M/30mU$) induced membrane depolarization and inward currents. When slices were pretreated with ROS scavengers, such as phenyl N-tert-butylnitrone (PBN), superoxide dismutase (SOD), and catalase, X/XO-induced responses decreased. Fluorescence intensity in the DCF-DA and DHE-loaded MDH cells increased on the application of X/XO. An anion channel blocker, 4,4-diisothiocyanatostilbene-2,2-disulfonic acid (DIDS), significantly decreased X/XO-induced depolarization. X/XO elicited an inward current associated with a linear current-voltage relationship that reversed near -40 mV. X/XO-induced depolarization reduced in the presence of $La^{3+}$, a nonselective cation channel (NSCC) blocker, and by lowering the external sodium concentration, indicating that membrane depolarization and inward current are induced by influx of $Na^+$ ions. In conclusion, X/XO-induced ROS modulate the membrane excitability of MDH neurons, which was related to the activation of NSCC.
Seo, Jung Hwa;Ji, Ki Whan;Chung, Eun Joo;Kim, Sang Gin;Kim, Oeung Kyu;Paeing, Sung Hwa;Bae, Jong Seok
Annals of Clinical Neurophysiology
/
v.14
no.2
/
pp.64-71
/
2012
Background: It is generally accepted that upper motor neuron (UMN) lesion can alter lower motor neuron (LMN) function by the plasticity of neural circuit. However there have been only few researches regarding the axonal excitability of LMN after UMN injury especially during the acute stage. The aim of this study was to investigate the nerve excitability properties of the LMNs following an acute to subacute supratentorial corticospinal tract lesion. Methods: An automated nerve excitability test (NET) using the threshold tracking technique was utilized to measure multiple excitability indices in median motor axons of 15 stroke patients and 20 controls. Testing of both paretic and non-paretic side was repeated twice, during the acute stage and subacute stage. The protocols calculated the strength-duration time constant from the duration-charge curve, parameters of threshold electrotonus (TE), the current-threshold relationship from sequential sub-threshold current, and the recovery cycle from sequential supra-threshold stimulation. Results: On the paretic side, compared with the control group, significant decline of superexcitablity and increase in the relative refractory period were observed during the subacute stage of stroke. Additionally, despite the absence of statistical significance, a mildly collapsing in ('fanning in') of the TE was found. Conclusions: Our results suggest that supratentorial brain lesions can affect peripheral axonal excitability even during the early stage. The NET pattern probably suggests background membrane depolarization of LMNs. These features could be associated with trans-synaptic regulation of UMNs to LMNs as one of the "neural plasticity" mechanisms in acute brain injury.
The superficial dorsal horn, particularly substantia gelatinosa (SG) in the spinal cord, receives inputs from small-diameter primary afferents that predominantly convey noxious sensation. Reactive oxygen species (ROS) are toxic agents that may be involved in various neurodegenerative diseases. Recent studies indicate that ROS are also involved in persistent pain through a spinal mechanism. In the present study, whole cell patch clamp recordings were carried out on SG neurons in spinal cord slice of young rats to investigate the effects of hydrogen peroxide on neuronal excitability and excitatory synaptic transmission. In current clamp condition, tert-buthyl hydroperoxide (t-BuOOH), an ROS donor, depolarized membrane potential of SG neurons and increased the neuronal firing frequencies evoked by depolarizing current pulses. When slices were pretreated with phenyl-N-tert-buthylnitrone (PBN) or ascorbate, ROS scavengers, t-BuOOH did not induce hyperexcitability. In voltage clamp condition, t-BuOOH increased the frequency and amplitude of spontaneous excitatory postsynaptic currents (sEPSCs), and monosynaptically evoked excitatory postsynaptic currents (eEPSCs) by electrical stimulation of the ipsilateral dorsal root. These data suggest that ROS generated by peripheral nerve injury can modulate the excitability of the SG neurons via pre- and postsynaptic actions.
Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine
/
v.21
no.2
/
pp.432-437
/
2007
Reactive oxygen species (ROS) are toxic agents that may be involved in various neurodegenerative diseases. Recent studies indicate that ROS are also involved in persistent pain through a spinal mechanism. In the present study, whole cell patch clamp recordings were carried out on substantia gelatinosa (SG) neurons in spinal cord slice of neonatal rats to investigate the effects of ROS on neuronal excitability and excitatory synaptic transmission. In current clamp condition, tert-buthyl hydroperoxide (t-BuOOH), an ROS donor, induced a electrical hyperexcitability during t-BuOOH wash-out followed by a brief inhibition of excitability in SG neurons. Application of t-BuOOH depolarized membrane potential of SG neurons and increased the neuronal firing frequencies evoked by depolarizing current pulses. Phenyl-N-tert-buthylnitrone (PBN), an ROS scavenger, antagonized t-BuOOH induced hyperexcitability. IN voltage clamp conditions, t-BuOOH increased the frequency and amplitude of spontaneous excitatory postsynaptic currents (sEPSCs). In order to determine the site of action of t-BuOOH, miniature excitatory postsynaptic currents (mEPSCs) were recorded. t-BuOOH increased the frequency and amplitude of mEPSCs, indicating that it may modulate the excitability of the SG neurons via pre- and postsynaptic actions. These data suggest that ROS generated by peripheral nerve injury can induce central sensitization in spinal cord.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.