혈관 평활근에서 Stretch에의해 활성화되는 K+ Channel의 특성

Abstract

[한글]

실험적으로 혈관 내압을 증가시켜 평활근 세포를 stretch시킨 경우 세포막 전압의 탈분극 및 혈관 긴장도 증가 현상을 관찰할 수 있다. 이 같은 혈관 내압의 크기 변화에 따른 혈관 긴장도 변화 양상을 근원성 혈관 긴장도(myogenic vascular tone)라고 하며, 평활근

세포막에 있는stretch -activated channel(SA channel)의 활성 변화가 이에 관여한다고 알려져 있다. 즉 SA channel이 혈관 내압 증가에 의해 활성화되면 세포내로의 양이온 유입이 증가하여 막전압 탈분극 및 혈관 수축을 유발한다고 알려져 있다. 그런데 혈관 내압

을 계속해서 높게 유지하는 경우, 혈관 긴장도가 그에 비례하여 계속 증가하는 것이 아니라 일정 수준에서 유지되는 것을 관찰할 수 있다. 이같은 현상은 혈관 stretch시 SA channel을 통한 양이온의 계속적인 유입 효과를 상쇄해주는 negative feedback system이 평활근 세포내에 존재함을 시사한다.

평활근 세포막에 널리 분포하고 있는 conductance가 큰 Ca**2+ -activated K**+ channel(maxi K**+ channel)이 그의 막전압 및 Ca**2+ 의존성 등으로 미루어 보아 이같은 negativefeedback system에 관여하는 중요한 요소라고 생각된다. 즉 혈관 stretch시 관찰되는

세포막전압의 탈분극 및 세포내 Ca**2+ 농도 증가는 maxi K**+ channel의 활성 증가를 초래하여 막전압의 재분극 및 그에 따른 과도한 혈관 수축 현상을 막아준다고 생각된다. 그러나 이같은 maxi K**+ channel의 활성 증가가 혈관 stretch시 증가하는 세포내 Ca**2+

의 농도 및 막전압 탈분극에 의해 이차적으로 나타나는지 혹은 혈관에 대한 stretch가 직접 maxi K**+ channel의 활성을 증가시키는지에 대해서는 아직 불명확하다. 따라서 본 연구에서는 cell-attached patch 및cell free, excised inside-out patch 방법을 사용하여

평활근 세포막에 가한 stretch가maxi K**+ channel 활성에 미치는 기전을 규명하고자 실험하여 다음과 같은 결과를 얻었다.

1. 저장성 Tyrode 총액으로 평활근 세포를 관류시 K**+ channel의 활성이 현저히 증가하였으며, 다시 정상 Tyrode 용액으로 관류시 K**+ channel의 활성이 안정 상태로 회복되는 것을 관찰할 수 있었다. 이같은 저장성 용액에 의한 K**+ channel 활성 증가 현상은 용액내 Ca**2+ 의 존재 여부와 관계없이 관찰되었다.

2. 미세 전극 내부에 음압을 가하여 세포막을 stretch 시킨 경우, 저장성 용액으로 평활근 세포를 관류시킨 경우와 동일하게 K**+ channel의 활성이 증가하는 것을 관찰할 수 있었으며, 이같은 효과는 cell-attached patch 및 inside-out patch mode에서 동일하게

관찰되었다.

3. 미세 전극 내부에 가한 음압의 크기를 -7Ocm H^^2 O까지 단계적으로 증가시킨 경우, 그에 비례하여 K**+ channel의 활성이 증가하였으며, unitary current의 크기나 voltage sentitivity는 stretch에 의해 영향을 받지 않았다.

4. 용액내 Ca**2+ 을 EGTA를 사용하여 제거한 상태에서도 전극내부에 음압을 가한 경우 K**+ channel의 활성이 증가하였다.

5. 유리 지방산이나 albumin을 전처치한 후 전극 내부에 음압을 가한 경우에도 K**+ channel의 활성이 증가하는 것을 관찰할 수 있었다.

이상의 실험 결과로 보아 세포막에 가해진 stretch는 혈관 평활근 세포의 K**+ channel의 활성을 증가시켜 주며, 이같은 증가 효과는 용액내 Ca**2+ 이나 유리 지방산 증가 등에 의한 이차적인 결과가 아니라 세포막의 stretch가 직접 K**+ channel의 활성을 증가시켜 나타나는 것으로 생각된다.

Membrane stretch directly increases the activity of Ca**2+ -activated K**+ channels

in rabbit coronary vascular smooth muscles

Cheol Joo Lee

Department of Medical Science, The graduate School, Yonsei University

(Directed by Professor Doo Hee Kang)

An increased intravascular pressure induces stretch to the vascular smooth muscle

cell membrane. And it leads to the depolarization-contraction of vascular smooth

muscle cells. This pressure-induced vasoconstriction has been known as myogenic

vascular tone. When smooth muscle cells are stretched continuously, myogenic tone

increases, but keeps a certain steady level. This suggests that the strech-induced

depolarizaiton and vasoconstriction is controlled by a certain hyperpola-rizing,

negative feedback mechanism. This negative feedback mechanism contributes to

prevent the overconstriction of the artery induced by membrane strech.

Large conductance, Ca**2+ -activated K**+ channels are supposed to be a good

candidate for this negative feedback mechanism of vascular smooth muscle cells,

because its activation causes the apparent hyperpolarization-relaxation of vascular

smooth muscle. But it is uncertain whether the stretch directly increases the

Ca**2+ -acitvated K**+ channel activity or not.

To test this hypothesis, the underlying mechanism of stretch-induced activation

of the Ca**2+ -activated K**+ channels, we studied the effect of stretch on the

Ca**2+ -activated K**+ channels from rabbit coronary smooth muscle cells by patch

clamp technique.

1. Hypoosmotic Tyrode solution with/without Ca**2+ increased the activity of

Ca**2+ - activated K**+ channels in the cell-attached Patch mode.

2. Application of negative pressure within the pipette also increased the K**+

channel activity, and its activity slowly returned to the control level after

release of negative Pressure.

3. The activity of Ca**2+ -activated K**+ channel increased in proportion to the

applied negative pressure from -30 cm H^^2 O to -70 cm H^^2 O.

4. The unitary current amplitude and voltage sensitivity were not affected by the

magnitude of membrane stretch,

5. The stretch-induced increase of Ca**2+ -activated K**+ channel activity was

also observed in identically Ca**2+ -free solution, and the pretreatment of fatty

acid or albumin had no effect on the stretch-induced Ca**2+ _activated K**+ channel

activity.

From the above results, it may be concluded that membrane stretch directly

increases the activity of Ca**2+ -activated K**+ channel in rabbit coronary smooth

muscle cells.

[영문]

An increased intravascular pressure induces stretch to the vascular smooth muscle cell membrane. And it leads to the depolarization-contraction of vascular smooth muscle cells. This pressure-induced vasoconstriction has been known as myogenic

vascular tone. When smooth muscle cells are stretched continuously, myogenic tone increases, but keeps a certain steady level. This suggests that the strech-induced depolarizaiton and vasoconstriction is controlled by a certain hyperpola-rizing,

negative feedback mechanism. This negative feedback mechanism contributes to prevent the overconstriction of the artery induced by membrane strech.

Large conductance, Ca**2+ -activated K**+ channels are supposed to be a good candidate for this negative feedback mechanism of vascular smooth muscle cells, because its activation causes the apparent hyperpolarization-relaxation of vascular smooth muscle. But it is uncertain whether the stretch directly increases the

Ca**2+ -acitvated K**+ channel activity or not.

To test this hypothesis, the underlying mechanism of stretch-induced activation of the Ca**2+ -activated K**+ channels, we studied the effect of stretch on the Ca**2+ -activated K**+ channels from rabbit coronary smooth muscle cells by patch

clamp technique.

1. Hypoosmotic Tyrode solution with/without Ca**2+ increased the activity of Ca**2+ - activated K**+ channels in the cell-attached Patch mode.

2. Application of negative pressure within the pipette also increased the K**+ channel activity, and its activity slowly returned to the control level after release of negative Pressure.

3. The activity of Ca**2+ -activated K**+ channel increased in proportion to the applied negative pressure from -30 cm H^^2 O to -70 cm H^^2 O.

4. The unitary current amplitude and voltage sensitivity were not affected by the magnitude of membrane stretch,

5. The stretch-induced increase of Ca**2+ -activated K**+ channel activity was also observed in identically Ca**2+ -free solution, and the pretreatment of fatty acid or albumin had no effect on the stretch-induced Ca**2+ _activated K**+ channel

activity.

From the above results, it may be concluded that membrane stretch directly increases the activity of Ca**2+ -activated K**+ channel in rabbit coronary smooth muscle cells.