There is evidence that noradrenaline enhances spontaneous contractions dose-dependently in guinea-pig antral circular muscle. To investigate the mechanism of this excitatory action, slow waves and membrane currents were recorded using conventional microelectrode techniques in muscle strips and the whole cell patch clamp technique in isolated gastric myocytes. On recording slow waves, noradrenaline $(10^{-5}\;M)$ induced the hyperpolarization of the membrane potential, although the shape of the slow waves became tall and steep. Also, spike potentiaIs occurred at the peaks of slow waves. These changes were completely reversed by administration of phentolamine $(10^{-5}\;M),\;an\;{\alpha}-adrenoceptor$ blocker. Noradrenaline-induced hyperpolarization was blocked by apamin $(10^{-7}\;M)$, a blocker of a class of $Ca^{2+}\;-dependent\;K^+$ channels. To investigate the mechanisms for these effects, we performed whole cell patch clamp experiments. Norndrenaline increased voltage-dependent $Ca^{2+}$ currents in the whole range of test potentials. Noradrenaline also increased $Ca^{2+}\;-dependent\;K^+$\;currents, and this effects was abolished by apamin. These results suggest that the increase in amplitude and the generation of spike potentials on slow waves was caused by the activation of voltage-dependent $Ca^{2+}$ channel via adrenoceptors, and hyperpolarization of the membrane potential was mediated by activation of apamin-sensitive $Ca^{2+}\;-dependent\;K^+\;channels$.
In order to investigate the effect of intracellular cyclic GMP on calcium current the whole-cell patch clamp technique with internal perfusion method was used in isolated ventricular myocytes of the rabbit. Cyclic GMP, 8-bromo-cyclic GMP, cyclic AMP, isoprenaline and forskolin were perfused into cells and their effects on calcium current were analysed by applying depolarizing step pulses of + 10 mV in amplitude far 300 msec from holding potential of - 40 mV. Not only cyclic AMP $(100\;{\mu}M)$ but also cyclic GMF $(100\;{\mu}M)$ increased the basal calcium current. 8-Bromo-cyclic GMP $(100\;{\mu}M)$, a good stimulator of the cyclic GMP-dependent protein kinase, also increased the basal calcium current and its peak amplitude of calcium current was larger than that in the presence of cyclic AMP or cyclic GMP alone. In the presence of $100\;{\mu}M$ cyclic GMP or $100\;{\mu}M$ 8-bromo-cyclic GMP, already augmented calcium current was potentiated by intracellular application of $100\;{\mu}M$ cyclic AMP or $1\;{\mu}M$ isoprenaline or $1\;{\mu}M$ forskolin. In the presence of cyclic GMP, acetylcholine reduced the calcium current only when the calcium current was increased by isoprenaline. From the above results it could be concluded that intracellular perfusion with cyclic GMP increases the basal calcium current via a mechanism involving a cyclic GMP-dependent protein kinase.
Background: Ginsenoside Rk1, a saponin component isolated from heat-processed Panax ginseng Meyer, has been implicated in the regulation of antitumor and anti-inflammatory activities. Although our previous studies have demonstrated that ginsenoside Rg3 significantly attenuated the activation of NMDA receptors (NMDARs) in hippocampal neurons, the effects of ginsenosides Rg5 and Rk1, which are derived from heat-mediated dehydration of ginsenoside Rg3, on neuronal NMDARs have not yet been elucidated. Methods: We examined the regulation of NMDARs by ginsenosides Rg5 and Rk1 in cultured rat hippocampal neurons using fura-2-based calcium imaging and whole-cell patch-clamp recordings. Results: The results from our investigation showed that ginsenosides Rg3 and Rg5 inhibited NMDARs with similar potencies. However, ginsenoside Rk1 inhibited NMDARs most effectively among the five compounds (Rg3, Rg5, Rk1, Rg5/Rk1 mixture, and protopanaxadiol) tested in cultured hippocampal neurons. Its inhibition is independent of the NMDA- and glycine-binding sites, and its action seems to involve in an interaction with the polyamine-binding site of the NMDAR channel complex. Conclusion: Taken together, our results suggest that ginsenoside Rk1 might be a novel component contributable to the development of ginseng-based therapeutic treatments for neurodegenerative diseases.
The effects of acidic pH on several voltage-dependent ion channels, such as voltage-dependent $K^+$ and $Ca^{2+}$ channels, and hyperpolarization-gated and cyclic nucleotide-activated cation (HCN) channels, were examined using a whole-cell patch clamp technique on mechanically isolated rat mesencephalic trigeminal nucleus neurons. The application of a pH 6.5 solution had no effect on the peak amplitude of voltage-dependent $K^+$currents. A pH 6.0 solution slightly, but significantly inhibited the peak amplitude of voltage-dependent $K^+$ currents. The pH 6.0 also shifted both the current-voltage and conductance-voltage relationships to the depolarization range. The application of a pH 6.5 solution scarcely affected the peak amplitude of membrane currents mediated by HCN channels, which were profoundly inhibited by the general HCN channel blocker $Cs^+$ (1 mM). However, the pH 6.0 solution slightly, but significantly inhibited the peak amplitude of HCN-mediated currents. Although the pH 6.0 solution showed complex modulation of the current-voltage and conductance-voltage relationships, the midpoint voltages for the activation of HCN channels were not changed by acidic pH. On the other hand, voltage-dependent $Ca^{2+}$ channels were significantly inhibited by an acidic pH. The application of an acidic pH solution significantly shifted the current-voltage and conductance-voltage relationships to the depolarization range. The modulation of several voltage-dependent ion channels by an acidic pH might affect the excitability of mesencephalic trigeminal nucleus neurons, and thus physiological functions mediated by the mesencephalic trigeminal nucleus could be affected in acidic pH conditions.
Chong, Wonee;Kim, Seong Nam;Han, Seong Kyu;Lee, So Yeong;Ryu, Pan Dong
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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제19권2호
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pp.177-181
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2015
The subfornical organ (SFO) is one of circumventricular organs characterized by the lack of a normal blood brain barrier. The SFO neurons are exposed to circulating glutamate ($60{\sim}100{\mu}M$), which may cause excitotoxicity in the central nervous system. However, it remains unclear how SFO neurons are protected from excitotoxicity caused by circulating glutamate. In this study, we compared the glutamate-induced whole cell currents in SFO neurons to those in hippocampal CA1 neurons using the patch clamp technique in brain slice. Glutamate ($100{\mu}M$) induced an inward current in both SFO and hippocampal CA1 neurons. The density of glutamate-induced current in SFO neurons was significantly smaller than that in hippocampal CA1 neurons (0.55 vs. 2.07 pA/pF, p<0.05). To further identify the subtype of the glutamate receptors involved, the whole cell currents induced by selective agonists were then compared. The current densities induced by AMPA (0.45 pA/pF) and kainate (0.83 pA/pF), non-NMDA glutamate receptor agonists in SFO neurons were also smaller than those in hippocampal CA1 neurons (2.44 pA/pF for AMPA, p<0.05; 2.34 pA/pF for kainate, p< 0.05). However, the current density by NMDA in SFO neurons was not significantly different from that of hippocampal CA1 neurons (1.58 vs. 1.47 pA/pF, p>0.05). These results demonstrate that glutamate-mediated action through non-NMDA glutamate receptors in SFO neurons is smaller than that of hippocampal CA1 neurons, suggesting a possible protection mechanism from excitotoxicity by circulating glutamate in SFO neurons.
Kim, Na-Ri;Youm, Jae-Boum;Joo, Hyun;Kim, Hyung-Kyu;Kim, Eui-Yong;Han, Jin
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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제9권4호
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pp.187-193
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2005
Several signal transduction pathways have been implicated in ischemic preconditioning induced by the activation of ATP-sensitive $K^+$$(K_{ATP})$ channels. We examined whether protein kinase C (PKC) modulated the activity of $K_{ATP}$ channels by recording $K_{ATP}$ channel currents in rabbit ventricular myocytes using patch-clamp technique and found that phorbol 12,13-didecanoate (PDD) enhanced pinacidil-induced $K_{ATP}$ channel activity in the cell-attached configuration; and this effect was prevented by bisindolylmaleimide (BIM). $K_{ATP}$ channel activity was not increased by $4{\alpha}-PDD$. In excised insideout patches, PKC stimulated $K_{ATP}$ channels in the presence of 1 mM ATP, and this effect was abolished in the presence of BIM. Heat-inactivated PKC had no effect on channel activity. PKC-induced activation of $K_{ATP}$ channels was reversed by PP2A, and this effect was not detected in the presence of okadaic acid. These results suggest that PKC activates $K_{ATP}$ channels in rabbit ventricular myocytes.
In the present study, we have investigated the effect of metabolic inhibition on the inward rectifier K current ($I_{K1}$). Using whole cell patch clamp technique we applied voltage ramp from +80 mV to -140 mV at a holding potential of -30 mV and recorded the whole cell current in single ventricular myocytes isolated from the rabbit heart. The current-voltage relationship showed N-shape (a large inward current and little outward current with a negative slope) which is a characteristic of $I_{K1}$. Application of 0.2 mM dinitrophenol (DNP, an uncoupler of oxidative phosphorylation as a tool for chemical hypoxia) to the bathing solution with the pipette solution containing 5 mM ATP, produced a gradual increase of outward current followed by a gradual decrease of inward current with little change in the reversal potential (-80 mV). The increase of outward current was reversed by glibenclamide ($10\;{\mu}M$), suggesting that it is caused by the activation of $K_{ATP}$. When DNP and glibenclamide were applied at the same time or glibenclamide was pretreated, DNP produced same degree of reduction in the magnitude of the inward current. These results show that metabolic inhibition induces not only the increase of $K_{ATP}$ channel but also the decrease of $I_{K1}$. Perfusing the cell with ATP-free pipette solution induced the changes very similar to those observed using DNP. Long exposure of DNP (30 min) or ATP-free pipette solution produced a marked decrease of both inward and outward current with a significant change in the reversal potential. Above results suggest that the decrease of $I_{K1}$ may contribute to the depolarisation of membrane potential during metabolic inhibition.
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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제2권2호
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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.
The mesencephalic trigeminal nucleus (Mes V) contains cell bodies of primary afferent sensory neurons that relay proprioceptive information from the periodontium and masticatory muscles and function as typical sensory neurons or potentially as integrative interneurons. In the present study, we studied these two potential functions using combined experimental approaches of retrograde labeling and whole cell patch clamp recording. Mes V neurons that presumably originate from periodontal nerve fibers in subsets of Mes V nucleus were identified by retrograde labeling with a fluorescent dye, DiI, which was applied onto inferior alveolar nerve. These cells were elliptical perikarya shaped cells about $40{\mu}m$ in diameter. In these neurons, we measured high voltage-activated calcium channel (HVACC) currents. $GABA_B$ agonist, baclofen, inhibited calcium currents, and the HVACC currents inhibition by baclofen was voltage-dependent, exhibited prepulse facilitation, indicating that it was mediated by $G_i/_G_o$ protein. Taken together, our results demonstrate that Mes V neurons not only have cell bodies originating from periodontium, but also receive synaptic inputs including GABAergic neurons suggesting that Mes V neurons function as both primary sensory neurons and integrative interneurons.
In order to investigate the effect of intracellular cyclic GMP on the calcium channel, whole cell patch clamp technique with internal perfusion method was used in the single ventricular myocytes of the rabbit. Cyclic GMP, cGMP analogues, cAMP, isopernaline and forskolin were perfused into cells and their effects on the calcium current were analysed by applying depolarizing step pulse of 10 mV in amplitude for 200 msec from holding potential of -40 mV. Calcium currents usually activated from -30 mV and then reached a peak at +10 mV. Amplitude of the calcium current was standardized with membrane capacitance, 50 pF. Peak amplitude at +10 mV in control was -0.15 nA/50pF. When 100 mM cAMP was applied from the pipette, peak amplitude of calcium current increased to -0.32 nA and addition of 1 mM isoprenaline further increased its amplitude. In the presence of cGMP it alone also produced an increase of the calcium current to -0.52 nA/50pF and addition of isoprenaline or forskolin increased its magnitude to -[0.55~0.95] nA/50pF. Simultaneous application of cGMP and cAMP increased the calcium current to -0.67 nA/50pF. Among the cGMP analogues, 8-Br-cGMP was the most potent stimulant for the calcium current activation. From the above results it could be concluded tlat cGMP increases the calcium current not through cAMP dependent protein kinase nor cAMP dependent phosphodiesterase pathway, but through independent phosphorylation pathway, possibly cGMP dependent protein kinase pathway.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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