토끼 관상 동맥 평활근 세포의 Ca2+-activated K+ channel 활성에 미치는 beta agonist의 작용 기전

Abstract

[한글]

심근 조직에 공급되는 혈류량의 크기에 커다란 영향을 끼치고 있는 관상 동맥의 긴장도는 평활근 세포막 전압의 분극 정도에 크게 영향을 받고 있음은 잘 알려져 있다. 즉 막전압이 안정상태에 비해 과분극되는 경우, 막전압 의존성 Ca2**+ channel의 활성이 억제되어 이차적으로 세포 내로의 Ca**2+ 유입 억제 및 혈관 이완을 초래하게 된다. Beta agonist 투여시 관찰되는 평활근 세포막 전압의 과분극 효과 역시, 기존에 보고된 수축 단백질의 Ca**2+ 감수성 저하 효과와 함께 beta agonist에 의한 혈관 이완에 관여하리라 추측되고 있으며, 이같은 막전압의 과분극현상은 평활근 세포막에 널리 존재하고 있는 Ca**2+ -activated K**+ channel의 활성이 beta agonist에 의해증가되어 나타난다고 생각되나 아직 그 자세한 기전에 대해서는 명확치 않다.

따라서 본 실험에서는 토끼 관상 동맥환을 이용한 장력 측정과 patch clamp 방법을 사용하여 beta agonist에 의한 Ca**2+ -activated K**+ channel의 활성 증가 기전 및 혈관 긴장도 감소 기전을 규명하고자 하였다.

1. 관상동맥환을 20mM K**+ Tyrode 용액으로 관류시킨 경우 isoproterenol(ISO) 및pinacidil에 의한 현저한 이완 효과를 관찰할 수 있었으나, 관류액으로 80mM K**+ -Tyrode 용액을 사용한 경우에는 이완 효과가 미약하였다.

2. 관류액으로 20mM K**+ Tyrode 용액을 사용한 경우, tetraethylammonium chloride(TEA) 전처치시 ISO에 의한 혈관 긴장도 감소 효과가 유의하게 억제되었으나, 관류액으로 80mM K**+ -Tyrode 용액을 사용한 경우에는 TEA 전처치에 의해 ISO의 이완 효과가 일부 억제되었으나 통계적으로 유의한 차이는 볼 수 없었다.

3. Cell attached Patch 상태에서 관류액에 ISO를 첨가시킨 경우 Ca**2+ -activated K**+ channel의 활성이 현저히 증가되었으며 adenylate cyclase activator인 forskolin을 첨가한 경우에도 동일한 효과를 볼 수 있었다.

4. Cell-free, outside-out patch를 만든 후, cAMP 생성은 억제되고 G-protein의 기능은 유지된 조건하에서 관류액에 ISO 첨가시 Ca**2+ -activated K**+ channel 활성이 현저히 증가하였다.

이상과 같은 실험 결과로 보아 ISO에 의한 Ca**2+ -activated K**+ channel의 활성 증가 현상은 cAMP를 통한 channel의 인산화 효과 이외에 ISO에 의해 활성화된 G-protein이 직접 channel에 작용하여 그의 활성을 증가시켜 주는 효과가 작용하여 나타나는 것을 알

수 있었다. 이같은 ISO에 의한 Ca**2+ -activated K**+ channel의 활성 증가는 ISO 투여시 관찰되는 막전압 과분극 현상 및 혈관 이완 효과에도 중요한 역할을 하리라 추측된다.

[영문]

Isoproterenol causes hyperpolarization of coronary smooth muscle cells via an increase in K**+ conductance. This hyperpolarization may cause the coronary vasorelaxation by decreasing the cytoplasmic Ca**2+ concentration. It is well known that the activation of beta adrenoreceptors stimulates the adenylate cyclase activity, and the resulting K**+ channel phosphorylation by CAMP-dependent protein kinase may be responsible for ISO-induced increase in K**+ channel activity.

However, it is not clear whether the increase in K**+ channel activity by ISO is exclusively due to the activation of adenylate cyclase or not.

In this experiment, the effect of ISO on the isometric tension and the mechanism of ISO-induced K**+ channel activation was investigated in various patch clamp conditions. The summarized results are as follows;

1. ISO- and pinacidil induced vasorelxation was significantly inhibited by application of TEA(1 mM) or increasing the external K**+ concentration

2. In whole cell clamp mode, application of ISO(1㎛) increased K**+ outward current, and this effect was completely eliminated by propranolol(10㎛).

3. In cell-attached patch, application of ISO(1㎛) or forskolin(10㎛) increased Ca**2+ -activated K**+ channel activity

4. In the presense of GTP(0.1 mM) within the pipette solution, application of ISO(1㎛) significantly increased the Ca**2+ -activated K**+ channel activity in outside-out patch.

From the above results, both A-kinase dependent channel phosphorylation and direct G-protein mediated effect might be responsible for the activation of ca**2+ -activated K**+ channel by ISO in rabbit coronary smooth muscle cells. And this K**+ channel activation also contributes to the ISO-induced vasorelaxation.