Many gastrointestinal muscles show electrical oscillation, so-called 'slow wave', originated from interstitial cells of Cajal (ICCs). Thus, a technique to freshly isolate the cells is indispensable to explore the electrophysiological properties of the ICCs. To apply an enzyme solution on the serosal surface for cell isolation, the intestine was inverted and 0.02% trypsin solution and 0.04% collagenase solution were applied to serosal cavity. After the enzyme treatment, mucosal layer was removed and longitudinal muscle layer was gently separated from the rest of tissue. The thin layer was stretched in the recording chamber and mounted on an inverted microscope. Using ${\beta}-escine$, perforated whole cell patch clamp technique was used. Under a microscope, the tissue showed smooth muscle cells and interstitial cells around the myenteric plexus. Under voltage clamp condition, three types of membrane potential were recorded. One group of interstitial cells, which were positive to methylene blue and CD34, showed spontaneous outward current. These cells had bipolar shape and were considered as fibroblast-like cells because of their peculiar shape and arrangement. Another group, positive to c-kit and methylene blue, showed spontaneous inward current. These cells had more rounded shape and processes and were considered as ICCs. The third, positive to c-kit and had granules containing methylene blue, showed quiet membrane potentials under the voltage-clamp mode. These cells appeared to be resident macrophages. Therefore, in the freshly isolated thin tissue preparation, methylene blue could easily identify three types of cells rather than morphological properties. Using this method, we were able to study electrical properties of fibroblast and residential macrophage as well as myenteric ICCs.
Cholecystokinin (CCK) is a gastrointestinal hormone which plays an important role in satiety and gastric motility. It is also widely distributed throughout the central nervous system, where it appears to be involved in the central control of anxiety, feeding behavior and nociception. Two distinct CCK receptor types, $CCK_A$ and $CCK_B,$ have been found in the brain. Both CCK receptors coexist in the rat nucleus tractus solitarius (NTS), which is the primary center for the coordination of peripheral and central activities related to gastrointestinal, cardiovascular and respiratory functions. In order to study ionic actions of CCK on each type of receptor, we investigated the effects of CCK-8S on neurons located in the NTS of the rat using whole-cell patch-clamp recordings in brainstem slices. Application of CCK-8S, under current clamp, produced a membrane depolarization accompanied by action potential firing. This CCK-evoked excitation was dose-dependent $(10\;nM{\sim}10\;{\mu}M)$ and observed in more than 60% of NTS neurons. Under voltage clamp conditions, CCK-8S induced an inward current with a notably increased spontaneous excitatory synaptic activity. However, CCK-8S did not significantly change the amplitude of pharmacologically isolated and evoked EPSP(C)s. Using selective $CCK_A$ and $CCK_B$ receptor antagonists, we observed two different effects of CCK-8S, which suggest $CCK_A$ receptor-mediated inhibitory and $CCK_B$ receptor-mediated excitatory effects in the NTS. These results may help to explain the ability of CCK to modulate gastrointestinal and other reflex systems in the NTS.
Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine
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v.21
no.2
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pp.432-437
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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.
Kim, Jin-Ho;Choe, Soo-Jin;Yeum, Cheol-Ho;Yoon, Pyung-Jin;Choi, Seok;Jun, Jae-Yeoul
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.12
no.1
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pp.25-30
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2008
Although many studies show that thromboxane $A_2\;(TXA_2)$ has the action of gastrointestinal (GI) motility using GI muscle cells and tissue, there are no reports on the effects of $TXA_2$ on interstitial cells of Cajal (ICC) that function as pacemaker cells in GI tract. So, we studied the modulation of pacemaker activities by $TXA_2$ in ICC with whole cell patch-clamp technique. Externally applied $TXA_2\;(5{\mu}M)$ produced membrane depolarization in current-clamp mode and increased tonic inward pacemaker currents in voltage-clamp mode. The tonic inward currents by $TXA_2$ were inhibited by intracellular application of GDP-${\beta}$-S. The pretreatment of ICC with $Ca^{2+}$ free solution and thapsigargin, a $Ca^{2+}$-ATPase inhibitor in endoplasmic reticulum, abolished the generation of pacemaker currents and suppressed the $TXA_2$-induced tonic inward currents. However, chelerythrine or calphostin C, protein kinase C inhibitors, did not block the $TXA_2$-induced effects on pacemaker currents. These results suggest that $TXA_2$ can regulate intestinal motility through the modulation of ICC pacemaker activities. This modulation of pacemaker activities by $TXA_2$ may occur by the activation of G protein and PKC independent pathway via extra and intracellular $Ca^{2+}$ modulation.
Background: Ginsenoside Rd (GSRd), one of the most abundant ingredients of Panax ginseng, protects the heart via multiple mechanisms including the inhibition of $Ca^{2+}$ influx.We intended to explore the effects of GSRd on L-type $Ca^{2+}$ current ($I_{Ca,L}$) and define the mechanism of the suppression of $I_{Ca,L}$ by GSRd. Methods: Perforated-patch recording and whole-cell voltage clamp techniques were applied in isolated rat ventricular myocytes. Results: (1) GSRd reduced $I_{Ca,L}$ peak amplitude in a concentration-dependent manner [half-maximal inhibitory concentration $(IC_{50})=32.4{\pm}7.1{\mu}mol/L$] and up-shifted the current-voltage (I-V) curve. (2) GSRd ($30{\mu}mol/L$) significantly changed the steady-state activation curve of $I_{Ca,L}$ ($V_{0.5}:-19.12{\pm}0.68$ vs. $-6.26{\pm}0.38mV$; n = 5, p < 0.05) and slowed down the recovery of $I_{Ca,L}$ from inactivation [the time content (${\zeta}$) from 91 ms to 136 ms, n = 5, p < 0.01]. (3) A more significant inhibitive effect of GSRd ($100{\mu}mol/L$) was identified in perforated-patch recording when compared with whole-cell recording [$65.7{\pm}3.2%$ (n = 10) vs. $31.4{\pm}5.2%$ (n = 5), p < 0.01]. (4) Pertussis toxin ($G_i$ protein inhibitor) completely abolished the $I_{Ca,L}$ inhibition induced by GSRd. There was a significant difference in inhibition potency between the two cyclic adenosine monophosphate elevating agents (isoprenaline and forskolin) prestimulation [$55{\pm}7.8%$ (n = 5) vs. $17.2{\pm}3.5%$ (n = 5), p < 0.01]. (5) 1H-[1,2,4]Oxadiazolo[4,3-a]-quinoxalin-1-one (a guanylate cyclase inhibitor) and N-acetyl-$\small{L}$-cysteine (a nitric oxide scavenger) partly recovered the $I_{Ca,L}$ inhibition induced by GSRd. (6) Phorbol-12-myristate-13-acetate (a protein kinase C activator) and GF109203X (a protein kinase C inhibitor) did not contribute to the inhibition of GSRd. Conclusion: These findings suggest that GSRd could inhibit $I_{Ca,L}$ through pertussis toxin-sensitive G protein ($G_i$) and a nitric oxide-cyclic guanosine monophosphate-dependent mechanism.
Kim, Dong-Il;Choi, Eun-Pyo;Chio, Sung-Sik;Park, Jung-Yul;Lee, Sang-Ho;Yun, Kwang-Seok
Journal of Sensor Science and Technology
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v.18
no.1
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pp.42-47
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2009
In this paper we propose a microfluidic chip that measures the mechanical stiffness of cell membrane using impedance measurement. The microfluidic chip is composed of PDMS channel and a glass substrate with electrode. The proposed device uses patch-clamp technique to capture and deform a target cell and measures impedance of deformed cells. We demonstrated that the impedance increased after the membrane stretched and blocked the channel.
Ethanol actions in the amygdala formation may underlie in part the reinforcing effects of ethanol consumption. Previously a physiological phenomenon in the basolateral amygdala (BLA) that is dependent on neuronal network activity, compound postsynaptic potentials (cPSPs) were characterized. Effects of acute ethanol application on the frequency of cPSPs were subsequently investigated. Whole cell patch clamp recordings were performed from identified projection neurons in a rat brain slice preparation containing the amygdala formation. Acute ethanol exposure had complex effects on cPSP frequency, with both increases and decreases dependent on concentration, duration of exposure and age of the animal. Ethanol produces complex biphasic effects on synaptically-driven network activity in the BLA. These findings may relate to subjective effects of ethanol on arousal and anxiolysis in humans.
Kim, Jun-Hyoung;Chae, Chong-Hak;Kang, Shin-Myung;Lee, Joo-Yon;Lee, Gil-Nam;Hwang, Soon-Hee;Kang, Nam-Sook
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.32
no.4
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pp.1237-1240
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2011
In this study, we have developed a ligand-based in-silico prediction model to classify chemical structures into hERG blockers using Bayesian and random forest modeling methods. These models were built based on patch clamp experimental results. The findings presented in this work indicate that Laplacian-modified naive Bayesian classification with diverse selection is useful for predicting hERG inhibitors when a large data set is not obtained.
Proceedings of the Korean Society of Applied Pharmacology
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1994.04a
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pp.217-217
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1994
Calcium entry blockers, capable of inhibiting transmembrane influx of extracellular calcium through specific calcium channels, are useful drugs in the treatment of angina pectoris, hypertension, cardiac arrythmia, and various cardiovascular disorders. Compounds having isoquinoline structures have recently been reported to possess calcium antagonistic action. Therefore, in the present study, we have attempted to synthesize some isoquinoline and related compound.; in order to search for potentially effective chemicals acting on cardiovascular system, and evaluated their pharmacological properties focusing on calcium antagonistic actions. Almost all of the compounds so far synthesized, had inhibitory action against phenylephrine or high potassium-induced contraction in vascular smooth muscle with different degrees of potencies depending on their structures, However, some of tetrahydroisoquinoline analogs showed directly inhibit calcium current in isolated rabbit cardiac myocytes examined by patch clamp techniques. The pharmacological properties of these compounds need more intensive investigation as to whether these chemicals may have developed as a new cardiovascular active drugs. Therefore, we are now under investigation of the mechanism of action of these compounds.
Using 2 to 4 day-old postnatal rats, primary brain cell cultures were made from various brain regions (substantia nigra, hippocampus, striatum, and nucleus accumbens). Whole-cell patch clamp technique was used for electrophysiological studies. Neurons cultured from substantia nigra were characterized more in detail to test whether these cultured neurons were appropriate for physiological studies. Immunocytochemical and electrophysiological properties of these cultured neurons agreed with those from other in vivo or in vitro studies suggesting that cultured neurons maintained normal cytological and physiological conditions. Modulation of ionic channels through dopamine receptors were studied from brain areas where dopamine plays important roles on brain functions. When neurons were clamped near resting membrane potential (-74mV), R(+), R(+)-SKF 38393, a specific D$_1$receptor agonist, activated cultured striatal neurons, and dopamine itself produced biphasic responses. Responses of cultured hippocampal neurons to dopamine agonists were kinds of mirror images to those from striatal neurons; D$_1$receptor agonists inhibited hippocampal neurons but quinpirole, a D$_2$receptor agonist, activated them. Neurons cultured from nucleus accumbens were inhibited by dopamine.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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