To investigate the possible involvement of outward potassium ($K^+$) currents in nitric oxide-induced relaxation in intestinal smooth muscle, we used whole-cell patch clamp technique in freshly dispersed guinea-pig ileum longitudinal smooth muscle cells. When cells were held at -60 mV and depolarized from -40 mV to -50 mV in 10 mV increments, sustained outward $K^+$ currents were evoked. The outward $K^+$ currents were markedly increased by the addition of 10 ${\mu}M$ sodium nitroprusside (SNP). 10 ${\mu}M$ S-nitroso-N-acetylpenicillamine (SNAP) and 1 mM 8-Bromo-cyclic GMP (8-Br-cGMP) also showed a similar effect to that of SNP. 1 mM tetraethylammonium (TEA) significantly reduced depolarization-activated outward $K^+$ currents. SNP-enhanced outward $K^+$ currents were blocked by the application of TEA. High EGTA containing pipette solution (10 mM) reduced the control currents and also inhibited the SNP-enhanced outward $K^+$ currents. 5 mM 4-aminopyridine (4-AP) significantly reduced the control currents but showed no effect on SNP-enhanced outward $K^+$ currents. 0.3 ${\mu}M$ apamin and 10 ${\mu}M$ glibenclamide showed no effect on SNP-enhanced outward $K^+$ currents. 10 ${\mu}M$ 1H-[1,2,4]oxadiazolo [4,3-a]quinoxaline-1-one (ODQ), a specific inhibitor of soluble guanylate cyclase, significantly blocked SNP-enhanced $K^+$ currents. We conclude that NO donors activate the $Ca^{2+}-activated$$K^+$ channels in guinea-pig ileal smooth muscle via activation of guanylate cyclase.
To find the mechanism underlying the ADP-induced increase in the outward current in ovulated mouse oocytes, we examined changes in voltage-dependent currents using the whole cell voltage clamp technique and the internal perfusion technique. Eggs were collected from the oviduct of superovulated mice with PMSG and hCG. Membrane potential was held at -60 mV (or -80 mV in the case of recording $Ca^{2+}$ currents) and step depolarizations or hyperpolarizations were applied for 300 ms. By step depolarizations, outward currents comprising steady-state and time-dependent components were elicited. They were generated in response to the positive potential more than 20 mV with severe outward rectification and were blocked by external TEA, a specific $K^{+}$ channel blocker, suggesting that they be carried via $K^{+}$ channels. Internally-perused 5 mM ADP gradually increased outward $K^{+}$ currents (IK) 1 min after perfusion of ADP and reached slowly to maximum (150~170%) 5 min later over the positive potential range, implying that ADP might not be acted directly to the $K^{+}$ channels. IK were decreased by 5 mM ATP without affecting the steady-state component of outward current. In contrast to the effect of ADP and ATP on IK, both effect of ATP and ADP on inward $Ca^{2+}$ currents (ICa) could not be detected due to the continuous decrease in current amplitudes with time-lapse ("run-down" phenomena). To check if there is a G protein-involved regulation in the ionic current of mouse oocytes, 1 mM GTP was applied to the cytoplasmic side, and the outward current and inward currents were recorded. ICa was promptly increased in the presence of GTP whereas IK was not changed. from these results, it is concluded that the ATP-dependent regulation is likely linked in the ADP-induced increase in the outward $K^{+}$ current, and G protein-involved cellular signalling might affect ion channels carrying $Ca^{2+}$ and $K^{+}$ in mouse oocytes.
Connexins (Cx) are membrane proteins and monomers for forming gap junction (GJ) channels. Cx46 and Cx50 are also known to function as conductive hemichannels. As part of an ongoing effort to find GJ-specific blocker(s), endocrine disruptors were used to examine their effect on Cx46 hemichannels expressed in Xenopus oocytes. Voltage-dependent gating of Cx46 hemichannels was characterized by slowly activating outward currents and relatively fast inward tail currents. Bisphenol A (BPA, 10 nM) reduced outward currents of Cx46 hemichannels up to ~18% of control, and its effect was reversible (n=5). 4-tert-Octylphenol (OP, $1{\mu}M$) reversibly reduced outward hemichannel currents up to ~28% (n=4). However, overall shapes of Cx46 hemichannel current traces (outward and inward currents) were not changed by these drugs. These results suggest that BPA and OP are likely to occupy the pore of Cx46 hemichannels and thus obstruct the ionic fluxes. This finding provides that BPA and OP are potential candidates for GJ channel blockers.
Inhibition of $K^+$ outward currents by linopirdine in the outer hair cells (OHCs) of circling mice (homozygous (cir/cir) mice), an animal model for human deafness (DFNB6 type), was investigated using a whole cell patch clamp technique. Littermate heterozygous (+/cir) and ICR mice of the same age (postnatal day (P) 0 -P6) were used as controls. Voltage steps from -100 mV to 40 mV elicited small inward currents (-100 mV~-70 mV) and slow rising $K^+$ outward currents (-60 mV~40 mV) which activated near -50 mV in all OHCs tested. Linopirdine, a known blocker of $K^+$ currents activated at negative potentials ($I_{K,n}$), did cause inhibition at varying degree (severe, moderate, mild) in $K^+$ outward currents of heterozygous (+/cir) or homozygous (cir/cir) mice OHCs in the concentration range between 1 and $100{\mu}m$, while it was apparent only in one ICR mice OHC out of nine OHCs at $100{\mu}m$. Although the half inhibition concentrations in heterozygous (+/cir) or homozygous (cir/cir) mice OHCs were close to those reported in $I_{K,n}$, biophysical and pharmacological properties of $K^+$ outward currents, such as the activation close to -50 mV, small inward currents evoked by hyperpolarizing steps and TEA sensitivity, were not in line with $I_{K,n}$ reported in other tissues. Our results show that the delayed rectifier type $K^+$ outward currents, which are not similar to $I_{K,n}$ with respect to biophysical and pharmacological properties, are inhibited by linopirdine in the developing (P0~P6) homozygous (cir/cir) or heterozygous (+/cir) mice OHCs.
Blocking or regulating $K^+$ channels is important for investigating neuronal functions in mammalian brains, because voltage-dependent $K^+$ channels (Kv channels) play roles to regulate membrane excitabilities for synaptic and somatic processings in neurons. Although a number of toxins and chemicals are useful to change gating properties of Kv channels, specific effects of each toxin on a particular Kv subunit have not been sufficiently demonstrated in neurons yet. In this study, we tested electro-physiologically if heteropodatoxin2 ($HpTX_2$), known as one of Kv4-specific toxins, might be effective on various $K^+$ outward currents in CA1 neurons of organotypic hippocampal slices of rats. Using a nucleated-patch technique and a pre-pulse protocol in voltage-clamp mode, total $K^+$ outward currents recorded in the soma of CA1 neurons were separated into two components, transient and sustained currents. The extracellular application of $HpTX_2$ weakly but significantly reduced transient currents. However, when $HpTX_2$ was added to internal solution, the significant reduction of amplitudes were observed in sustained currents but not in transient currents. This indicates the non-specificity of $HpTX_2$ effects on Kv4 family. Compared with the effect of cytosolic 4-AP to block transient currents, it is possible that cytosolic $HpTX_2$ is pharmacologically specific to sustained currents in CA1 neurons. These results suggest that distinctive actions of $HpTX_2$ inside and outside of neurons are very efficient to selectively reduce specific $K^+$ outward currents.
Chung, Jong Woo;Nam, Eui Chol;Kim, Won Tae;Youm, Jae Boum;Leem, Chae Hun
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.17
no.6
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pp.537-546
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2013
Deiters' cells are the supporting cells in organ of Corti and are suggested to play an important role in biochemical and mechanical modulation of outer hair cells. We successfully isolated functionally different $K^+$ currents from Deiters' cells of guinea pig using whole cell patch clamp technique. With high $K^+$ pipette solution, depolarizing step pulses activated strongly outward rectifying currents which were dose-dependently blocked by clofilium, a class III anti-arrhythmic $K^+$ channel blocker. The remaining outward current was transient in time course whereas the clofilium-sensitive outward current showed slow inactivation and delayed rectification. Addition of 5 mM tetraethylammonium (TEA) further blocked the remaining current leaving a very fast inactivating transient outward current. Therefore, at least three different types of $K^+$ current were identified in Deiters' cells, such as fast activating and fast inactivating current, fast activating slow inactivating current, and very fast inactivating transient outward current. Physiological role of them needs to be established.
Kim, Jin-Hyuk;Koh, Young-Ik;Chin, He-Min;Lee, Yong-Sung;Cho, Yeul-Hee;Kim, Kee-Soon
The Korean Journal of Physiology
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v.29
no.2
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pp.301-307
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1995
To explore electrophysiological properties of the ${\delta}-Opioid$ receptors artificially expressed in the mammalian cell, effect of an opioid agonist DPDPE $(1\;{\mu}M)$ on the voltage-sensitive outward currents was examined in the HEK293 (human embryonic kidney) cells transfected with ${\delta}-Opioid$ receptor cDNA cloned from NG-108-15 $(neuroblastoma\;{\times}\;glioma\;hybrid)$ cDNA library. Also studied were effects of 8-bromo-cyclic AMP and naloxone on DPDPE-induced changes in the voltage sensitive outward current. The voltage sensitive outward currents were recorded using perforated patch technique at room temperature. In the non-transformed HEK293 cells, DPDPE did not alter voltage sensitive outward current, indicating that no native ${\delta}-Opioid$ receptor had been developed. However, $(1\;{\mu}M)$ DPDPE remarkably increased the voltage sensitive outward current in the transformed HEK293 cells. The increment in voltage sensitive outward current peaked in $7{\sim}10\;minutes$ after DPDPE application, and the maximum DPDPE-activated outward current $(313.1{\pm}12.3\;pA)$ was recorded when the membrane potential was depolarized to +70mv. Following pretreatment of the transformed HEK293 cells with 1 mM 8-bromo-cyclic AMP, DPDPE failed to increase the voltage sensitive outward currents. On the other hand, naloxone completely abolished DPDPE-activated voltage sensitive outward current in the transformed HEK293 cells. The results of present study suggest that in the transformed HEK293 cells an activation of the ${\delta}-Opioid$ receptors by an opioid agonist DPDPE increases the voltage-sensitive potassium current as a result of decrement in cyclic AMP level.
Kim, Yang-Mi;Han, Jae-Hee;Kim, Jong-Su;Hong, Seong-Geun
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.4
no.5
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pp.403-408
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2000
The outward currents elicited in hamster eggs by depolarizing pulses were studied. The currents appeared to comprise at least two components, a transient outward component $(I_{to})$ and a steady-state outward component $(I_{\infty}).\;I_{to}$ was transiently followed by the cessation of inward $Ca^{2+}$ current $(I_{Ca}),$ and its current-voltage (I-V) relation was a mirror image of that of $(I_{Ca}).$ Either blockade of $(I_{Ca})$ by $Co^{2+}$ or replacement of $Ca^{2+}$ with $Sr^{2+}$ abolished $I_{to}$ without change in $I_{\infty}.$ Intracellular EGTA (10 mM) inhibited $I_{to}$ but not $I_{\infty}.$ suggesting strongly that generation of $I_{to}$ requires intracellular $Ca^{2+}.$ Apamin (1 nM) abolished selectively $I_{to},$ indicatingthat $I_{to}$ is $Ca^{2+}-dependent\;K^+$ current. On the other hand, $I_{\infty}$ was $Ca^{2+}-independent.$ Both $I_{to}$ and $I_{\infty}$ were completely inhibited by internal $Cs^+$ and external TEA. The estimated reversal potential of $I_{to}$ was close to the theoretical $E_K.$ Taken together, both outward currents were carried by $K^+$ channels. From these results, $I_{to}$ is likely to be a current responsible for the hyperpolarizing responses seen in hamster eggs at fertilization.
Kim, Young-Ho;Hahn, Jung-Hyun;Lim, In-Ja;Chung, Sung-Kwon;Bang, Hyo-Weon
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.2
no.2
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pp.165-172
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1998
Under certain pathophysiological conditions, such as inflammation and ischemia, the concentration of H^+$ ion in the tissue surrounding neurons is changed. Variations in H^+$ concentration are known to alter the conduction and/of the gating properties of several types of ion channels. Several types of K^+$ channels are modulated by pH. In this study, the whole cell configuration of the patch clamp technique has been applied to the recording of the responses of change of external pH on the delayed rectifier K^+$ current of cultured DRG neurons of rat. Outward K^+$ currents were examined in DRG cells, and the Charybdotoxin and Mn^{2+}$ could eliminate Ca^{2+}-dependent$K^+$ currents from outward K^+$ currents. This outward K^+$ current was activated around -60 mV by step depolarizing pulses from holding potential -70 mV. Outward K^+$ currents were decreased by low external pH. Activation and steady-state inactivation curve were shifted to the right by acidification, while there was small change by alkalization. These results suggest that H^+$ could be alter the sensory modality by changing and modifying voltage-dependent K^+$ currents, which participated in repolarization.
Kim, Na-Ri;Han, Jin;Kim, Eui-Yong;Kim, Yun-Hee;Sim, Jae-Hong;Kim, Soo-Cheon
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.3
no.6
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pp.547-554
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1999
The aim of the present study is to investigate the contribution of $Ca^{2+} ?activated\;K^+\;(K_{Ca})$ channels and delayed rectifier $K^+\;(K_V)$ channels to the resting membrane potential (RMP) in rabbit middle cerebral arterial smooth muscle cells. The RMP and membrane currents were recorded using the whole-cell patch configuration and single $K_{Ca}$ channel was recorded using the outside-out patch configuration. Using the pipette solution containing 0.05 mM EGTA, the RMP was $-25.76{\pm}5.08$ mV (n=12) and showed spontaneous transient hyperpolarizations (STHPs). The membrane currents showed time- and voltage-dependent outward currents with spontaneous transient outward currents (STOCs). When we recorded the membrane potential using the pipette solution containing 10 mM EGTA, the RMP was depolarized and did not show STHPs. The membrane currents showed no STOCs but only showed slowly inactivating outward currents. External TEA (1 mM) reversibly inhibited the STHPs, depolarized the RMP, reduced the membrane currents, abolished STOCs, and decreased the open probability of single $K_{Ca}$ channel. When $K_V$ currents were isolated, the application of 4-AP (5 mM) depolarized the RMP. The important aspect of our results is that $K_{Ca}$ channel is responsible for the generation of the STHPs in the membrane potential and plays an important role in the regulation of the RMP and $K_V$ channel is also responsible for the regulation of the RMP in rabbit middle cerebral arterial smooth muscle cells.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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