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수컷 흰쥐 주 골반 신경절에 존재하는 니코틴성 아세틸콜린 수용체의 특성 규명

Issue Date
2003
Description
의학과/박사
Abstract
[한글] 수컷 흰쥐의 주 골반 신경절(major pelvic ganglia, MPG)은 교감신경과 부교감신경으로부터 입력을 받고, 방광, 전립선 및 음경 등을 지배하여 배뇨나 발기 현상을 조절하는 자율 신경절이다. 일반적으로 교감 및 부교감 신경 모두 절전·절후 신경간 시냅스 전달은 주로 니코틴성 아세틸콜린 수용체에 의해 매개된다고 알려져 있다. 그러나 아직까지 골반 신경절에서의 니코틴성 수용체에 관한 연구는 거의 이루어진 바 없다. 따라서 본 실험에서는 주 골반 신경절 세포에서 니코틴성 아세틸콜린 수용체의 전기생리학적 및 분자생물학적 특성을 관찰하고, 이에 따른 자율 신경절의 흥분성 변화를 관찰하고자 하였다. 실험 방법은 효소처리로 분리된 단일 골반 신경절 세포에서 dialyzed 혹은 gramicidin-perforated patch clamp 방법으로 이온전류 및 막전압을 측정하였으며, 형광측정장치를 이용하여 세포 내 칼슘이온농도를 측정하였다. 또 역전사 연쇄중합반응(RT-PCR)을 시행하여 수용체 서브유닛들의 발현 정도를 확인하였다. 막전압 고정상태에서 아세틸콜린은 농도 의존적으로 내측 편향성 전류를 초래하였으며, 역전 전압은 대략 0mV이었다. 최대전류 크기에 대한 효력은 교감신경군 세포(EC50; 41.4 M)가 부교감신경군 세포(64.0 M)에 비해 크게 나타났다. 아세틸콜린에 의해 유발된 전류는 α3β4 수용체의 선택적 차단제인 mecamylamine에 의해 민감하게 억제되었으며, 교감 및 부교감 신경군 세포들을 비교한 결과 최대 전류치(IC50; 515nM vs. 288nM)와 이동 전하량(252nM vs. 41nM) 모두 부교감신경군 세포에서 효력이 크게 나타났다. RT-PCR을 통해 골반 신경절에 발현된 니코틴성 수용체의 서브유닛들을 확인한 결과, α3 의 발현량이 현저히 컸으며 α2, α5, α7, β2, β4등도 발현되어 있었다. 막전류 고정상태에서 두 세포군 모두 활동전압 형성과 함께 빠른 탈분극 효과를 나타내었으나, 부교감 신경군과 달리 교감 신경군 세포에서는 탈분극 이후 지속되는 과분극이 관찰되었다. 교감신경군 세포에서 나타나는 아세틸콜린의 과 분극 효과는 세포 내 칼슘이온을 chelation 하거나, Ca2+-activated K+ 통로 차단제중의 하나인 apamin에 의해 선택적으로 소실되었다. 아세틸콜린은 막전류 고정상태에서 탈분극과 함께 세포 내 칼슘이온농도를 증가시켰으며, -80mV로 막전압을 고정한 상태에서도 내향성 전류와 함께 칼슘이온농도 증가가 관찰되었다. 막전압 고정상태에서의 아세틸콜린에 의한 칼슘이온 증가는 니코틴성 수용체 차단체인 hexamethonium에 의해 완전히 차단되었다. 이상의 실험 결과들로 미루어 보아 주 골반 신경절 세포들에는 α3 서브유닛이 포함된 니코틴성 아세틸콜린 수용체가 존재하고 있으며, 절전 신경 말단에서 분비된 아세틸콜린의 결합 시 막전압을 탈분극 시켜 활동전압을 형성하고 세포 내 칼슘이온농도를 증가시킴으로써 시냅스간 흥분의 전달 및 조절 역 할을 담당하고 있을 것으로 사료된다.
[영문] The pelvic ganglia provide autonomic innervation to the various urogenital organs and physiologically play important roles in micturition and erectile reflexes. Within the same pelvic ganglion capsule, sympathetic and parasympathetic postganglionic neurons are co-localized, which is a distinctive feature of these ganglia. Both neurons receive presynaptic inputs mainly through nicotinic acetylcholine (nACh) receptor, however, the molecular nature and biophysical characteristics of nACh receptors in pelvic ganglia have not been elucidated clearly. We investigated the effects of nACh receptor activation on membrane potential, ionic currents, and intracellular Ca2+ concentration ([Ca2+]i) using patch clamp technique combining with fluorescence measurement system and identified the expressed subtypes of nAChR using RT-PCR in male rat major pelvic ganglion (MPG) neurons. ACh elicited fast inward currents dose-dependently, which was inwardly rectified and reversed at near 0 mV. ACh-induced currents were potently blocked by mecamylamine, a selective α3β4 receptor blocker. RT-PCR analysis revealed that subunit of α3 was most abundantly expressed in MPG neurons. In current clamp mode, ACh induced a fast depolarization and a following slow sustained hyperpolarization in sympathetic MPG neurons. ACh-induced hyperpolarization in sympathetic MPG neuron was selectively abolished by intracellular Ca2+ chelation or by pretreatment with apamin, a Ca2+-activated K+ channel blocker. ACh increased [Ca2+]i under either the current clamp or the voltage clamp (at -80 mV) mode, which was completely blocked by hexamethonium. Taken together, it is concluded that MPG neurons have functioning nAChRs containing α3 subunit, and their activation cause fast excitatory synaptic potential and Ca2+ influx into the cytosol. The elevation in [Ca2+]i induces a sustained hyperpolarization in sympathetic neurons, which may be involved in the regulation of the autonomic synaptic transmission.
URI
http://ir.ymlib.yonsei.ac.kr/handle/22282913/128463
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2. 학위논문 > 1. College of Medicine (의과대학) > 박사
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