Objective : Papaverine has been used in treating vasospasm following subarachnoid hemorrhage[SAH]. However, its action mechanism for cerebral vascular relaxation is not clear. Potassium channels are closely related to the contraction and relaxation of cerebral smooth muscle. Therefore, to identify the role of potassium and calcium channels in papaverine-induced vascular relaxation, we examine the effect of papaverine on potassium channels 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. Papaverine was added to the bath solution. Results : Papaverine of $100{\mu}M$ into bath solution increased the amplitude of the outward $K^+$ current which was completely blocked by BKCa[large conductance calcium dependent potassium channels]blocker, IBX[iberiotoxin], and calcium chealator, BAPTA[l,2-bis[o-aminophenoxy]ethane-N,N,N',N'-tetraacetic acid], in whole cell mode. Conclusion : These results strongly suggest that potassium channels may play roles in papaverine-induced vascular relaxation in rat basilar artery.
Kim, Il-Man;Son, Eun-Ik;Kim, Dong-Won;Kim, In-Hong;Yim, Man-Bin;Song, Dae-Kyu;Park, Won-Kyun;Bae, Jae-Hun;Choi, Ha-Young
Journal of Korean Neurosurgical Society
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v.29
no.11
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pp.1429-1436
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2000
Objectives : This study was performed in cultured rat hippocampal neurons to investigate the acute electrophysiological features of ionotropic glutamate receptors which act as a major excitatory neurotransmitter in mammalian brain. Method : Glutamate receptor agonists were applied into the bath solution embedding in whole-cell patch-clamp recording of single hippocampal neuron. Results : In voltage-clamped at -60mV and the presence of 1mmol $Mg^{2+}$, extracellulary applied NMDA did not induce any inward current. Both the elimination of $Mg^{2+}$ and addition of glycine in bath, however, elicited a NMDAinduced inward current. $Mg^{2+}$ block current was increased gradually in more negative potentials from -30mV, showing a negative slope in I-V plot with $Mg^{2+}$. Glutamate-induced current represented an outward rectification. A non-NMDA receptor component occupied about 40% of glutamate-induced current in the voltage range of -80mV to +60mV. Conclusion : Present study suggests that glutamate activates acutely the non-NMDA receptors which induces an inward current in the level of resting membrane potential. This makes the membrane potential increase and can activate the NMDA receptors that permit calcium influx against $Mg^{2+}$ block. At the depolarized state of neuron, there may be recovery mechanisms of membrane potential to repolarize irrespective of voltage-dependent potassium channels in the hippocampal neurons.
Kim, Chul-Soo;Jun, Jae-Yeoul;Kim, Sung-Joon;So, In-Suk;Kim, Ki-Whan
The Korean Journal of Physiology
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v.29
no.2
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pp.233-241
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1995
The nonapeptide bradykinin has been shown to exhibit an array of biological activities including relaxation/contraction of various smooth muscles. In order to investigate the effects of bradykinin on the contractility and the electrical activity of antral circular muscle of guinea-pig stomach, the isometric contraction and membrane potential were recorded. Also, using standard patch clamp technique, the $Ca^{2+}-activated$ K currents were recorded to observe the change in cytosolic $Ca^{2+}$ concentration. $0.4 {\mu}M$ bradykinin induced a triphasic contractile response (transient contraction-transient relaxation-sustained contraction) and this response was unaffected by pretreatment with neural blockers (tetrodotoxin, atropine and guanethidine) or with apamin. Bradykinin induced hyperpolarization of resting membrane potential and enhanced the amplitude of slow waves and spike potentials. The enhancement of spike potentials was blocked by neural blockers. Both the bradykinin-induced contractions and changes in membrane potential were reversed by the selective $B_2$-receptor antagonist $(N{\alpha}-adamantaneacetyl-_{D}-Arg-[Hyp, Thy,_{D}-Phe]-bradykinin)$. In whole-cell patch clamp experiment, we held the membrane potential at -20 mV and spontaneous and transient changes of Ca-activated K currents were recorded. Bradykinin induced a large transient outward current, consistent with a calcium-releasing action of bradykinin front the intracellular calcium pool, because such change was blocked by pretreatment with caffeine. Bradykinin-induced contraction was also blocked by pretreatment with caffeine. From these results, it is suggested that bradykinin induces a calciumrelease and contraction through the $B_{2}$ receptor of guinea-pig gastric smooth muscle. Enhancement of slow wave activity is an indirect action of bradykinin through enteric nerve cells embedded in muscle strip.
Yun, Jihyun;Bae, Hyemi;Choi, Sun Eun;Kim, Jung-Ha;Choi, Young Wook;Lim, Inja;Lee, Chung Soo;Lee, Min Won;Ko, Jae-Hong;Seo, Seong Jun;Bang, Hyoweon
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.17
no.1
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pp.37-42
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2013
Taxifolin glycoside is a new drug candidate for the treatment of atopic dermatitis (AD). Many drugs cause side effects such as long QT syndrome by blocking the human ether-a-go-go related gene (hERG) $K^+$ channels. To determine whether taxifolin glycoside would block hERG $K^+$ channels, we recorded hERG $K^+$ currents using a whole-cell patch clamp technique. We found that taxifolin glycoside directly blocked hERG $K^+$ current in a concentration-dependent manner ($EC_{50}=9.6{\pm}0.7{\mu}M$). The activation curve of hERG $K^+$ channels was negatively shifted by taxifolin glycoside. In addition, taxifolin glycoside accelerated the activation time constant and reduced the onset of the inactivation time constant. These results suggest that taxifolin glycoside blocks hERG $K^+$ channels that function by facilitating activation and inactivation process.
In order to elucidate the properties of the background current whole cell patch clamp studies were performed in rabbit ventricular cells. Ramp pulses of ${\pm}80\;mV$ from holding potential of 40 mV(or 20 mV) at the speed of 0.8 V/sec were given every 30 sec(or 10 sec) and current-voltage diagrams(I-V curve) were obtained. For the activation of the background current isoprenaline, adenosine 3',5'-cyclic monophosphate(dBcAMP), guanosine 3',5'-cyclic monophosphate(cGMP), and $N^6$-2'-o-dibutyryladenosine 3',5'-cyclic monophosphate(dBcAMP) were applied after all known current systems were blocked with 2mM Ba, 1 mM Cd ,5 mM Ni, 10 ${\mu}M$ diltiazem, 10 ${\mu}m$ ouabain, and 20 mM tetraethylammonium(TEA). The conductance of background current in control was $0.65{\pm}0.69$ nS at 0 mV, its I-V curves was almost linear and reversed near 50 mV. When there was no taurine in pipette solution, isoprenaline hardly activated the background current but when taurine existed in pipette solution, isoprenaline activated the larger background current. Cyclic AMP or cyclic GMP alone had little effect on the activation of the background current, while cGMP potentiated cGMP effect. When the background current was activated with cGMP and cAMP, isoprenaline could not further increased the background current. The background current activated by isoprenaline depended on extracellular $Cl^-$ concentration and its reversal potential was shifted according to chloride equilibrium potential. The change of extracellular $Na+$ concentration had little effect on reversal potential of the background current activated by isoprenaline.
Park, Choon-ok;Chang, Kyeong-jae;Kim, Yang-mi;Haan, Jae-hee;Hong, Seong-geun
Korean Journal of Veterinary Research
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v.34
no.1
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pp.37-47
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1994
The effects of the novel compound GS-386 on the calcium current were investigated in rabbit atrial myocytes. The calcium current was recorded during various depolarizations of 200 ms duration from a holding potential of -40 mV using the whole cell patch clamp technique. The calcium current was activated from -30 mV, reached maximum amplitude at +10 mV and almost disappeared at +50 mV. Superfusion of GS-386 led to a reduction of the calcium current amplitude dose-dependently and $ED_{50}$ was $2.5{\times}10^{-7}M$. But the dependence of the calcium current on the membrane potential was not altered by GS-386. The inactivation of the calcium currents showed single exponential curves in both before and after application of GS-386. The inactivation time constants before and after application of GS-386 were almost the same(35 ms and 32.5 ms). The steady-state inactivation curve of the calcium current was not shifted by GS-386. The calcium currents both before and after application of GS-386 recovered completely in 1 sec and the recovery time constants were about 200 ms in both cases. From the above results it is concluded that the novel compound GS-386 has calcium antagonistic property decreasing the calcium current.
Substantia nigra is known to highly express glibenclamide binding site, a protein associated to ATP-sensitive $K^{+}$ ($K_{ATP}$) channel in the brain. However, the functional expression of $K_{ATP}$ channels in the area is not yet known. In this work, we attempted to estimate the functional expression of $K_{ATP}$ channels in neurons of the substantia nigra pars compacta (SNC) in young rats using slice patch clamp technique. Membrane properties and whole cell currents attributable to $K_{ATP}$ channel were examined by the current and voltage clamp method, respectively. In SNC, two sub-populations of neurons were identified. Type I (rhythmic) neurons had low frequency rebound action potentials ($4.5{\pm}0.25Hz$, n=75) with rhythmic pattern. Type II (phasic) neurons were characterized by faster firing ($22.7{\pm}3.16Hz$, n=12). Both time constants and membrane capacitance in rhythmic neurons ($34.0{\pm}1.27$ ms, $270.0{\pm}11.83$ pF) and phasic neurons ($23.7{\pm}4.16$ ms, $184{\pm}35.2$ pF) were also significantly different. The current density of $K_{ATP}$ channels was $6.1{\pm}1.47$ pA/pF (2.44~15.43 pA/pF, n=8) at rhythmic neurons of young rats. Our data show that in SNC there are two types of neurons with different electrical properties and the density of $K_{ATP}$, channel of rhythmic neuron is about 600 channels per neuron.
Reactive oxygen species (ROS) and nitrogen species (RNS) are both important signaling molecules involved in pain transmission in the dorsal horn of the spinal cord. Xanthine oxidase (XO) is a well-known enzyme for the generation of superoxide anions ($O_2^{\bullet-}$), while S-nitroso-N-acetyl-DL-penicillamine (SNAP) is a representative nitric oxide (NO) donor. In this study, we used patch clamp recording in spinal slices of rats to investigate the effects of $O_2^{\bullet-}$ and NO on the excitability of substantia gelatinosa (SG) neurons. We also used confocal scanning laser microscopy to measure XO- and SNAP-induced ROS and RNS production in live slices. We observed that the ROS level increased during the perfusion of xanthine and xanthine oxidase (X/XO) compound and SNAP after the loading of 2',7'-dichlorofluorescin diacetate ($H_2DCF-DA$), which is an indicator of intracellular ROS and RNS. Application of ROS donors such as X/XO, ${\beta}-nicotinamide$ adenine dinucleotide phosphate (NADPH), and 3-morpholinosydnomimine (SIN-1) induced a membrane depolarization and inward currents. SNAP, an RNS donor, also induced membrane depolarization and inward currents. X/XO-induced inward currents were significantly decreased by pretreatment with phenyl N-tert-butylnitrone (PBN; nonspecific ROS and RNS scavenger) and manganese(III) tetrakis(4-benzoic acid) porphyrin (MnTBAP; superoxide dismutase mimetics). Nitro-L-arginine methyl ester (NAME; NO scavenger) also slightly decreased X/XO-induced inward currents, suggesting that X/XO-induced responses can be involved in the generation of peroxynitrite ($ONOO^-$). Our data suggest that elevated ROS, especially $O_2^{\bullet-}$, NO and $ONOO^-$, in the spinal cord can increase the excitability of the SG neurons related to pain transmission.
Phase detector techique provides a unique probe to membrane recycling phenomenon by enabling dynamic monitoring of cell membrane capacitance. However, it has inherent errors due to constant changes in measurement environments. The present study analyzed several error sources to develope application criteria of this technique. and the following was found based on a theoretical analysis. The initial phase angle has to be appropriately selected to minimize the error due to perturbation of access and membrane conductances. Excitation frequency is also important to determine the initial phase angle. However. deviation of the phase angle from a predetermined initial value during the measurement period does not affect capacitance estimation to a significant degree. Despite an appropriate initial phase selection an error in scaling factor is expected for a large increase in capacitance during exocytosis. which may be overcome by iteratively correcting the scaling factor over the measurement period. These results will provide a useful guideline in practical application of this technique.
Korean red ginseng (KRG) is a valuable and important traditional medicine in East Asian countries and is currently used extensively for botanical products in the world. KRG has both stimulatory and inhibitory effects on the central nervous system (CNS) suggesting its complicated action mechanisms. The substantia gelatinosa (SG) neurons of the trigeminal subnucleus caudalis (Vc) are involved in orofacial nociceptive processing. Some studies reported that KRG has antinociceptive effects, but there are few reports of the functional studies of KRG on the SG neurons of the Vc. In this study, a whole cell patch clamp study was performed to examine the action mechanism of a KRG extract on the SG neurons of the Vc from juvenile mice. KRG induced short-lived and repeatable inward currents on all the SG neurons tested in the high chloride pipette solution. The KRG-induced inward currents were concentration dependent and were maintained in the presence of tetrodotoxin, a voltage gated $Na^+$ channel blocker. The KRG-induced inward currents were suppressed by 6-cyano-7-nitroquinoxaline-2,3-dione, a non-N-methyl-D-aspartate (NMDA) glutamate receptor antagonist and/or picrotoxin, a gamma-aminobutyric acid $(GABA)_A$ receptor antagonist. However, the inward currents were not suppressed by d,l-2-amino-5-phosphonopentanoic acid, an NMDA receptor antagonist. These results show that KRG has excitatory effects on the SG neurons of the Vc via the activation of non-NMDA glutamate receptor as well as an inhibitory effect by activation of the $GABA_A$ receptor, indicating the KRG has both stimulatory and inhibitory effects on the CNS. In addition, KRG may be a potential target for modulating orofacial pain processing.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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