Expression and function of Ca2+ channels in the autonomic major pelvic ganglion neuron innervating the urogenital system

Abstract

[한글]자율 신경절 중에서도 비뇨 생식계를 지배하고 있는 수컷 쥐의 주골반 신경절은 하나의 신경절 캡슐 안에 교감 신경과 부교감 신경이 동시에 존재하고 있는 독특한 특성을 지니고 있다. 주골반 신경절에서 교감 신경은 저전압에서 활성되어 low-threshold spike를 유발하는 a1H T-type 칼슘 채널의 발현 여부에 의해 부교감 신경과 구별된다. 주골반 신경절은 a1A를 제외한 모든 고전압 활성 칼슘 채널의 a1 subunit (a1B, a1C, a1D and a1E)을 발현하였다. 주골반 신경절의 고전압 활성 칼슘 채널 아형 발현 양상은 교감 및 부교감 신경에서 동일하였다. 흥미롭게도, 주골반 신경절에 발현되어 있는 R-type 칼슘 전류는 NiCl2에 의해서는 억제되지만, 특이적 차단제로 알려진 SNX-482에 의해서는 효과를 나타내지 않았다. 그러나 SNX-482는 HEK 293 세포에 recombinant a1E/d2a/b2를 이형 발현 시켰을 경우 발현되는 칼슘 전류에 대해서는 차단 효과를 나타내었다. RT-PCR 수행 결과, 기존에 알려진 a1E prototype (rbEII, accession number : L15453)과 비교해 본 결과 주골반 신경절에서는 상대적으로 짧은 II-III loop와 긴 N- 및 C-말단을 지닌 한 종류의 splice variant a1E가 검출되었다. 주골반 신경절에 존재하는 이러한 특성의 a1E splice variant는 소뇌에 발현되는 SNX-482에 저항성을 보이는 "G3" 또는 “Rc" 또는 "a1Ee"와 유사할 것으로 추측된다.역치점보다 높은 탈분극 전류 자극에 대하여 교감 신경은 tonic firing을 부교감 신경은 phasic firing 패턴을 보인다. 교감 및 부교감 신경의 이러한 firing 패턴의 차이는 칼슘 이온에 의해 활성화되는 또 다른 채널의 작용에 의해 결정된다. RT-PCR 분석 결과 골반 신경절에서 Ca2+-activated K+ channel, 즉 BK (a and β) 와 SK (SK2 and SK3) 채널 아형들의 mRNA가 확인되었다. 골반 신경절에서 SK channel은 mAHP를 유발하고 BK channel은 활동전압의 재분극과 fAHP을 유도함을 확인하였다. L- 과 N-type 칼슘 채널을 통해 세포내로 들어온 칼슘은 다른 방식으로 골반 신경절의 흥분성을 조절하였다. N-type 칼슘 채널은 IAHP 와 AHP를 증가시켜 교감 및 부교감 신경절의 spike firing을 감소시키는 반면 L-type 칼슘 채널은 교감 신경에서는 IAHP 와 AHP를 감소시켜 spike firing을 증가시키지만, 부교감 신경에서는 IAHP 와 AHP에 큰 변화를 주지 못했으며, 따라서 흥분성의 증가도 미약하였다. 비특이적 칼슘 채널 차단제인 CdCl2를 처리했을 때 부교감 신경과는 달리 교감 신경에서 firing frequency에 큰 변화가 없었다. 이는 spike firing 조절에 있어서 N-type과 L-type 칼슘 채널 효과가 상쇄되었기 때문이라 추측된다. 교감 신경에서 또 하나의 firing 특성은 Ca2+ activated Cl- channel에 의해 조절된다는 것이다. 교감 신경절에서 Ca2+ activated Cl- channel에 의해 spike firing이 조절되는 패턴은 L-type에 의한 그것과 매우 유사하다. 결론적으로, 주골반 신경절은 기능적으로 L-, N- 그리고 R-type 고전압 활성 칼슘 채널을 발현하고 있고, 이들 중 L-type과 N-type 칼슘 채널은 골반 신경세포 타입에 따라 각기 다른 조합으로 K+이나 Cl- 채널과 결합되어 있어서 서로 다른 메카니즘으로 신경 세포의 흥분성을 조절한다.

[영문]Among the autonomic ganglia, the major pelvic ganglia (MPG) innervating the urogenital system are very unique since both sympathetic and parasympathetic neurons are colocalized within one ganglion capsule. Sympathetic MPG neurons are discriminated from parasympathetic ones by expression of low voltage-activated Ca2+ channels that primarily arise from the T-type a1H isoform and contribute to generation of low-threshold spikes. MPG neurons expressed transcripts encoding all of the HVA Ca2+ channel isoforms (a1B, a1C, a1D and a1E) with the exception of the a1A. Unexpectedly, the expression profile of HVA Ca2+ channel isoforms was identical in the two populations of the MPG neurons. Interestingly, the R-type Ca2+ currents were sensitive to NiCl2, but not to SNX-482 which was able to potently block the recombinant a1E/d2a/b2 Ca2+ currents expressed in HEK 293 cells. RT-PCR amplification revealed that the MPG neurons expressed the alternative splicing variant of the a1E which has a shorter II-III loop and a longer N-and C-terminus when compared with the originally cloned rat version (L15453), which is reminiscent of the SNX-482-resistant celebellum type (called as Rc, G3, or a1Ee).Sympathetic and parasympathetic MPG neurons show tonic and phasic firing patterns in response to prolonged current injection, respectively. The firing patterns of the sympathetic and parasympathetic MPG neurons are regulated by Ca2+-dependent channels activities. RT-PCR analysis revealed that the MPG neurons expressed transcripts encoding the small conductance Ca2+-activated K+ channels, SK2 and SK3 isoforms and the large conductance Ca2+-activated K+ channels, BK a and b4 subunits. The SK channels were found to be responsible for generation of medium AHP (mAHP), while the BK channels were for repolarization of action potential and generation of fast AHP in the MPG neurons. Application of w-conotoxin GVIA, an N-type Ca2+ channel blocker enhanced firing of action potentials in both sympathetic and parasympathetic neurons by reducing apamin-sensitive IAHP and mAHP. Conversely, nimodipine, an L-type Ca2+ channel blocker greatly reduced the firing frequency by enhancing Cl- channel blocker-sensitive IAHP and AHP in the sympathetic neurons with little affecting that in the parasympathetic ones. CdCl2, a non-specific Ca2+ channel blocker, exerted negligible effects on firing of the sympathetic neurons, which might be resulted from the opposite effects of w-conotoxin GVIA and nimodipine. Taken together, these results suggest that in the sympathetic and parasympathetic MPG neurons, Ca2+ influx through L- and N-type Ca2+ channels contributes to regulation of excitability through differential coupling to Ca2+-activated K+ and Cl- channels, respectively.In conclusion, MPG neurons functionally expressed L-, N- and R-type HVA Ca2+ channel isoforms that contribute to regulation of neuronal excitability in different ways