The substantia gelatinosa (SG) of the trigeminal subnucleus caudalis (Vc) is the first relay site for the orofacial nociceptive inputs via the thin myelinated Aδ and unmyelinated C primary afferent fibers. Borneol, one of the valuable time-honored herbal ingredients in traditional Chinese medicine, is a popular treatment for anxiety, anesthesia, and antinociception. However, to date, little is known as to how borneol acts on the SG neurons of the Vc. To close this gap, the whole-cell patch-clamp technique was applied to elucidate the antinociceptive mechanism responding for the actions of borneol on the SG neurons of the Vc in mice. In the voltage-clamp mode, holding at -60 mV, the borneol-induced non-desensitizing inward currents were not affected by tetrodotoxin, a voltage-gated Na+ channel blocker, 6-cyano-7-nitro-quinoxaline-2,3-dione, a non-N-methyl-ᴅ-aspartate (NMDA) glutamate receptor antagonist and DL-2-amino-5-phosphonopentanoic acid, an NMDA receptor antagonist. However, borneol-induced inward currents were partially decreased in the presence of picrotoxin, a γ-aminobutyric acid (GABA)A receptor antagonist, or strychnine, a glycine receptor antagonist, and was almost suppressed in the presence of picrotoxin and strychnine. Though borneol did not show any effect on the glycine-induced inward currents, borneol enhanced GABA-mediated responses. Beside, borneol enhanced the GABA-induced hyperpolarization under the current-clamp mode. Altogether, we suggest that borneol contributes in part toward mediating the inhibitory GABA and glycine transmission on the SG neurons of the Vc and may serve as an herbal therapeutic for orofacial pain ailments.
Objectives: Metabolic syndrome is defined by a cluster of major cardiovascular risk factors: obesity, insulin resistance, dyslipidemia, and arterial hypertension. Several members of a large family of nonselective cation entry channels, e.g., transient receptor potential vanilloid 4 (TRPV4) channels have been associated with the development of dyslipidemia and hypertension. The purpose of this study was to investigate the effects of Leejung-tang (Lizhong-tang), Rikkunshito, and Bojungikgi-tang (Buzhongyiqi-tang) on TRPV4 channel. Methods: Human embryonic kidney 293 cells stably transfected with the TRPV4 expression vectors were maintained in Dulbecco's modified Eagle's medium supplemented with 10% fetal bovine serum, 1% penicillin/streptomycin, $5{\mu}g/mL$ blasticidin, and 0.4 mg/mL zeocin in a humidified 20% $O_2/10%$$CO_2$ atmosphere at $37^{\circ}C$. Whole-cell patch clamp recordings were obtained using an Axopatch 700B amplifier and pClamp v.10.4 software (Molecular Devices, San Jose, CA, USA), and signals were digitalized at 5 kHz using Digidata 1422A. Results: Leejung-tang and Rikkunshito (10, 30 and 50 mg/mL) had no effects on the TRPV4 whole-cell currents at dose dependent manner. However, Bojungikgi-tang (10, 30, and 50 mg/mL) inhibited the TRPV4 whole-cell currents in a dose dependent manner and the half maximal inhibitory concentration (IC50) of Bojungikgi-tang was 18.2 mg/mL. Conclusions: These results suggest that Bojungikgi-tang plays an important roles to inhibit the TRPV4 channel, suggesting that Bojungikgi-tang is considered one of the candidate agents for the treatment of metabolic syndrome such as dyslipidemia and hypertension.
The superficial dorsal horn, particularly substantia gelatinosa (SG) in the spinal cord, receives inputs from small-diameter primary afferents that predominantly convey noxious sensation. 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 SG neurons in spinal cord slice of young rats to investigate the effects of hydrogen peroxide on neuronal excitability and excitatory synaptic transmission. In current clamp condition, tert-buthyl hydroperoxide (t-BuOOH), an ROS donor, depolarized membrane potential of SG neurons and increased the neuronal firing frequencies evoked by depolarizing current pulses. When slices were pretreated with phenyl-N-tert-buthylnitrone (PBN) or ascorbate, ROS scavengers, t-BuOOH did not induce hyperexcitability. In voltage clamp condition, t-BuOOH increased the frequency and amplitude of spontaneous excitatory postsynaptic currents (sEPSCs), and monosynaptically evoked excitatory postsynaptic currents (eEPSCs) by electrical stimulation of the ipsilateral dorsal root. These data suggest that ROS generated by peripheral nerve injury can modulate the excitability of the SG neurons via pre- and postsynaptic actions.
An, Seong-Hun;Kang, Dae-Gill;Lee, Ho-Sup;Lee, Suk-Ho;Earm, Yung-E
Proceedings of the Korean Biophysical Society Conference
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2001.06a
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pp.55-55
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2001
We observed the APD of rat ventricle myocyte and the effects of Lithospermic acid that was separated at Salvia miltiorrhiza having used in Oriental medicine by using classical whole cell patch clamp technique. We classified APD into APD30mV, APD0mV, APD-50mV, APD-60mV by cell membrane potential and the mean of cell resting membrane potential was -69.44${\pm}$1.72 mV.(omitted)
Park, No-Gi;Bai, Sun-Ho;Jung, Chang-sub;Chun, Mynng-Hoon
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.9
no.6
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pp.347-352
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2005
The effects of nitric oxide (NO) on inhibitory neurotransmitter receptors and some types of inhibitory receptors in dissociated rod bipolar cell (RBC) were investigated. In the whole cell voltage-clamping mode, the gamma-aminobutyric acid (GABA) activated current showed both sustained and transient components. GABA activated transient current was fully blocked by bicuculine, a $GABA_A$ receptor antagonist. The cis-4-aminocrotonic acid (CACA), a $GABA_C$ receptor agonist, evoked the sustained current that was not blocked by bicuculline (BIC). Glycine activated the transient current. These results indicate that the RBCs possess $GABA_A$, $GABA_C$, and glycine inhibitory receptors. Sodium nitroprusside (SNP), a NO analogue, reduced the currents activated by $GABA_A$ receptor only, however, did not reduce the currents activated by either $GABA_C$ or glycine receptors. This study signifies further that only NO depresses the fast inhibitory response activated by $GABA_A$ receptor in RBC. We, therefore, postulate that NO might depress the light-on/off transient inhibitory responses in RBCs in the rat retina.
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.
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.
The striatum receives glutamatergic afferents from the cortex and thalamus, and these synaptic transmissions are mediated by ${\alpha}$-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionate (AMPA) and N-methyl D-aspartate (NMDA) receptors. The purpose of this study was to characterize glutamate receptors by analyzing NMDA/AMPA ratio and rectification of AMPA and NMDA excitatory postsynaptic currents (EPSCs) using a whole-cell voltage-clamp method in the dorsal striatum. Receptor antagonists were used to isolate receptor or subunit specific EPSC, such as (DL)-2-amino-5-phosphonovaleric acid (APV), an NMDA receptor antagonist, ifenprodil, an NR2B antagonist, CNQX, an AMPA receptor antagonist and IEM-1460, a GluR2-lacking AMPA receptor blocker. AMPA and NMDA EPSCs were recorded at - 70 and + 40 mV, respectively. Rectification index was calculated by current ratio of EPSCs between + 50 and - 50 mV. NMDA/AMPA ratio was 0.20${\pm}$0.05, AMPA receptor ratio of GluR2-lacking/GluR2-containing subunit was 0.26${\pm}$0.05 and NMDA receptor ratio of NR2B/NR2A subunit was 0.32${\pm}$0.03. The rectification index (control 2.39${\pm}$0.27) was decreased in the presence of both APV and combination of APV and IEM-1460 (1.02${\pm}$0.11 and 0.93${\pm}$0.09, respectively). These results suggest that the major components of the striatal glutamate receptors are GluR2-containing AMPA receptors and NR2A-containing NMDA receptors. Our results may provide useful information for corticostriatal synaptic transmission and plasticity studies.
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.
Hesperidin, the most abundant polyphenolic compound found in citrus fruits, has been known to possess neuroprotective, sedative, and anticonvulsive effects on the nervous system. In a recent electrophysiological study, it was reported that hesperidin induced biphasic change in population spike amplitude in hippocampal CA1 neurons in response to both single spike stimuli and theta-burst stimulation depending on its concentration. However, the precise mechanism by which hesperidin acts on neuronal functions has not been fully elucidated. Here, using whole-cell patch-clamp recording, we revealed that hesperidin did not affect excitatory synaptic activities such as basal synaptic transmission and theta-burst LTP. Moreover, in a current injection experiment, spike number, resting membrane potential and action potential threshold also remained unchanged. Taken together, these results indicate that the effects of hesperidin on the neuronal functions such as spiking activity might not be attributable to either modification of excitatory synaptic transmissions or changes in membrane excitability in hippocampal CA1 neuron.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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