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.
Chick embryos which have received a single injection of the organophosphate compound, malathion (0.1 mg/0.05 ml, 0.5 mg/0.05 ml, 1.0 mg/0.05 ml or 2.0 mg/0.05 ml) via the yolk sac at certain times (2 days, 4 days or 6 days after incubation) have been investigated. After 9 days of incubation, chick embryos were harvested to examine the effects of malathion on the ultrastructure and the acetylcholinesterase(AChE) activity of the developing spinal cord. The effects of simultaneous injection of malathion and nicotinamide were also compared. On ultrastructural findings, neurons in the ventral horn of spinal cord showed to be inhibited in their differentiation by malathion; nuclear irregularity, separation of nuclear membranes, reduction of ribosomal distribution, and cytoplasmic vacuoles were observed. In the younger embryos treated with relatively high doses of malathion, nucleus and cytoplasmic organelles of neurons were severely destroyed, and the neurons were shown to be necrotic. On cytochemical study of AChE by electron microscope, the positive reaction products of AChE were localized at the membranes of nucleus and endoplasmic reticulum of neurons. Inhibition of AChE activity was severe in groups treated with relatively low doses of malathion. Nicotinamide (5.0 mg/0.05 ml) alleviated malathion-induced morphological alterations. In conclusion, it is suggested that malathion changes the ultrastructure and reduces. AChE activity in differentiating neurons, and the severity of which is consistently dose- and age-dependent.
Tubulin is synthesized in the cell body and must be delivered to the axon to support axonal growth. However, the exact form in which these proteins, in particular tubulin, move within the axon remains contentious. According to the "polymer transport model", tubulin is transported in the form of microtubules. In an alternative hypothesis, the "short oligomer transport model", tubulin is added to existing, stationary microtubules along the axon. In this study, we measured the translocation of microtubule plus ends in soma segments, the middle of axonal shafts and the growth cone areas, by expressing GFP-EB3 in cultured Xenopus embryonic spinal neurons. We found that none of the microtubules in the three compartments were transported rapidly as would be expected from the polymer transport model. These results suggest that microtubules are stationary in most segments of the axon, thus supporting the model according to which tubulin is transported in nonpolymeric form in rapidly growing Xenopus neurons.
Guven, Mustafa;Akman, Tarik;Yener, Ali Umit;Sehitoglu, Muserref Hilal;Yuksel, Yasemin;Cosar, Murat
Journal of Korean Neurosurgical Society
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v.57
no.5
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pp.335-341
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2015
Objective : The main causes of spinal cord ischemia are a variety of vascular pathologies causing acute arterial occlusions. We investigated neuro-protective effects of kefir on spinal cord ischemia injury in rats. Methods : Rats were divided into three groups : 1) sham operated control rats; 2) spinal cord ischemia group fed on a standard diet without kefir pretreatment; and 3) spinal cord ischemia group fed on a standard diet plus kefir. Spinal cord ischemia was performed by the infrarenal aorta cross-clamping model. The spinal cord was removed after the procedure. The biochemical and histopathological changes were observed within the samples. Functional assessment was performed for neurological deficit scores. Results : The kefir group was compared with the ischemia group, a significant decrease in malondialdehyde levels was observed (p<0.05). Catalase and superoxide dismutase levels of the kefir group were significantly higher than ischemia group (p<0.05). In histopathological samples, the kefir group is compared with ischemia group, there was a significant decrease in numbers of dead and degenerated neurons (p<0.05). In immunohistochemical staining, hipoxia-inducible factor-$1{\alpha}$ and caspase 3 immunopositive neurons were significantly decreased in kefir group compared with ischemia group (p<0.05). The neurological deficit scores of kefir group were significantly higher than ischemia group at 24 h (p<0.05). Conclusion : Our study revealed that kefir pretreatment in spinal cord ischemia/reperfusion reduced oxidative stress and neuronal degeneration as a neuroprotective agent. Ultrastructural studies are required in order for kefir to be developed as a promising therapeutic agent to be utilized for human spinal cord ischemia in the future.
Cho, Pyung Sun;Lee, Han Kyu;Lee, Sang Hoon;Im, Jay Zoon;Jung, Sung Jun
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.20
no.5
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pp.525-531
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2016
The analgesic mechanism of opioids is known to decrease the excitability of substantia gelatinosa (SG) neurons receiving the synaptic inputs from primary nociceptive afferent fiber by increasing inwardly rectifying $K^+$ current. In this study, we examined whether a ${\mu}$-opioid agonist, [D-Ala2,N-Me-Phe4, Gly5-ol]-enkephalin (DAMGO), affects the two-pore domain $K^+$ channel (K2P) current in rat SG neurons using a slice whole-cell patch clamp technique. Also we confirmed which subtypes of K2P channels were associated with DAMGO-induced currents, measuring the expression of K2P channel in whole spinal cord and SG region. DAMGO caused a robust hyperpolarization and outward current in the SG neurons, which developed almost instantaneously and did not show any time-dependent inactivation. Half of the SG neurons exhibited a linear I~V relationship of the DAMGO-induced current, whereas rest of the neurons displayed inward rectification. In SG neurons with a linear I~V relationship of DAMGO-induced current, the reversal potential was close to the $K^+$ equilibrium potentials. The mRNA expression of TWIK (tandem of pore domains in a weak inwardly rectifying $K^+$ channel) related acid-sensitive $K^+$ channel (TASK) 1 and 3 was found in the SG region and a low pH (6.4) significantly blocked the DAMGO-induced $K^+$ current. Taken together, the DAMGO-induced hyperpolarization at resting membrane potential and subsequent decrease in excitability of SG neurons can be carried by the two-pore domain $K^+$ channel (TASK1 and 3) in addition to inwardly rectifying $K^+$ channel.
Single-channel recordings of TASK-1 and TASK-3, members of two-pore domain $K^+$ channel family, have not yet been reported in dorsal root ganglion (DRG) neurons, even though their mRNA and activity in whole-cell currents have been detected in these neurons. Here, we report single-channel kinetics of the TASK-3-like $K^+$ channel in DRG neurons and up-regulation of TASK-3 mRNA expression in tissues isolated from animals with spinal cord injury (SCI). In DRG neurons, the single-channel conductance of TASK-3-like $K^+$ channel was $33.0{\pm}0.1$ pS at - 60 mV, and TASK-3 activity fell by $65{\pm}5%$ when the extracellular pH was changed from 7.3 to 6.3, indicating that the DRG $K^+$ channel is similar to cloned TASK-3 channel. TASK-3 mRNA and protein levels in brain, spinal cord, and DRG were significantly higher in injured animals than in sham-operated ones. These results indicate that TASK-3 channels are expressed and functional in DRG neurons and the expression level is up-regulated following SCI, and suggest that TASK-3 channel could act as a potential background $K^+$ channel under SCI-induced acidic condition.
The action of opioid on the hyperpolarization-activated cation current $(I_h)$ in substantia gelatinosa neurons were investigated by using whole-cell voltage-clamp recording in rat spinal brain slices. Hyperpolarizing voltage steps revealed slowly activating currents in a subgroup of neurons. The half-maximal activation and the reversal potential of the current were compatible to neuronal $I_h.$ DAMGO $(1\;{\mu}M),$ a selective- opioid agonist, reduced the amplitude of $I_h$ reversibly. This reduction was dose-dependent and was blocked by CTOP $(2\;{\mu}M),$ a selective ${\mu}-opioid$ antagonist. DAMGO shifted the voltage dependence of activation to more hyperpolarized potential. Cesium (1 mM) or ZD 7288 $(100\;{\mu}M)$ blocked $I_h$ and the currents inhibited by cesium, ZD 7288 and DAMGO shared a similar time and voltage dependence. These results suggest that activation of ${\mu}-opioid$ receptor by DAMGO can inhibit $I_h$ in a subgroup of rat substantia gelatinosa neurons.
Objective : The NOS inhibitors exhibit antinociceptive activity in rat model of neuropathic pain. NOS activity increases in the dorsal root ganglia(DRG) in neurop-athic pain. However, NOS activity decreases in the dorsal horn of spinal cord in the nerve injury models of neuropathic pain. To investigate whether the mechanism of decrease of NOS expression in the dorsal horn is related to a secondary effect resulting from increased NO production and likewise in the spinal DRG in the spinal nerve ligation model of neuropathic pain. Methods : We conducted behavioral tests for neuropathic pain, and nNOS immunohistochemistry and NADPH-diaphorase histochemistry after tight ligation of the 5th lumbar(L5) and 6th lumbar(L6) spinal nerves and L5 dorsal rhizotomy. Results : Typical neuropathic pain behaviors occurred 7 days after post-ligation in the neuropathic surgery group, but neuropathic pain behaviors in the dorsal rhizotomy group were absent or weak 7 days after post-operation. There was a decrease in the number of nNOS immunoreactive dorsal horn neurons on the both side(especially ipsilateral side) 7 days after post-ligation. The number of nNOS immunoreactive neurons in both side of the dorsal horn was not decreased 7 days after L5 dorsal rhizotomy. Conclusion : These data indicate that the changes in the injured DRG is essential for development and maintenance of neuropathic pain, and mechanism of decrease of nNOS expression in the dorsal horn is a secondary effect against the changes in the DRG including increased NO production in the spinal nerve ligation model of neuropathic pain.
Objectives : In present study, we investigated the effects of ginsenoside Rg3 on early-stage inflammatory response in spinal cord compression of rodents. Methods : Spinal cord injury(SCI) was induced by a vascular clip method(30 g, 5 min) on the spinal cord of mice. Rg3 was treated orally at 1 hour prior to the SCI induction. Messenger ribonucleic acid(mRNA) expression of tumor necrosis factor-${\alpha}$(TNF-${\alpha}$), interleukin-1${\beta}$(IL-1${\beta}$), interleukin-6(IL-6) and cyclooxygenase-2(COX-2) was measured by the real-time polymerase chain reaction(RT-PCR). Microglia in the spinal cord tissue, neurophils and COX-2 in the peri-lesion and inducible nitric oxide synthase(iNOS) expression in the ventral horn of SCI induced rats were measured by immunohistochemical stain. Results : 1. Rg3 significantly reduced the mRNA expression of TNF-${\alpha}$, IL-1${\beta}$, and COX-2 in the spinal cord tissue compared with SCI group(p<0.05, p<0.01). 2. Rg3 significantly reduced the total number of activated microglia and proportion of phagocytic form in the total activated microglia compared with SCI group(p<0.05, p<0.01). 3. Rg3 significantly reduced myeloperoxidase(MPO) positive neurophil in the peri-lesion compared with SCI group(p<0.05). 4. Rg3 reduced the COX-2 expression in the tissue and motor neurons compared with SCI group. 5. Rg3 significantly reduced iNOS positive motor neurons in the ventral horn compared with SCI group(p<0.01). Conclusions : In conclusion, we demonstrated at first that treatment of ginsenoside Rg3 could reduce significantly the levels of inflammatory mediators in a spinal cord compression model of rodents. Therefore, these results suggested that ginsenoside Rg3 may be a useful antimiflamatory therapeutic candidate for SCI.
This review highlights the ontogenesis and the differentiation of motor neuron in spinal cord, and introduce the survival motor neuron(SMN) which is associated with growth and survival of motor neurons. The differentiation of floor plate cells and motor neurons in the vertebrate neural tube appears to be induced by signals from the notochord. This signal is Sonic hedgehog(Shh). The early development of motor neurons involves the inductive action of Shh. The SMN gene is essential for embryonic viability. SMN mRNA is also expressed in virtually all cell types in spinal cord, including large motor neurons. The SMN protein is involved in RNA processing and during early embryonic development is necessary fer cell survival. Two SMN genes are present in 5q 13 in humans: the telomeric gene(SMNt), which is the SMA-determining gene, and the centromeric analog gene(SMNc). The majority of transcripts from the SMNt gene are full length but, major transcripts of the SMNc gene have a high degrees of alternative splicing and tend to have little or no exon 7. The SMN is involved in the RNA processing(the biogenesis of snRNPs and pre-mRNA splicing), the anti-apoptotic effects, and regulating gene expression.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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