신경세포 내 칼슘조절에서 시그마 수용체의 기능적 역할

Abstract

[한글]시그마 수용체는 신경스테로이드, 항정신병제, 향정신병제 등의 약물들이 높은 친화도(affinity)로 결합하는 부위(binding site)로 신경계, 내분비계 및 면역계에 폭넓게 분포하고 있다. 시그마 수용체 type-1과 type-2의 두가지 아형이 약리학적으로 확인되었다. 중추신경계에서 시그마 수용체는 신경전달물질의 방출 조절, 학습과 기억과정 및 운동과 자세의 조절과 같은 다양한 생리학적 기능에 연관되어 있다. 또한 우울증, 정신분열증, 약물남용 등의 정신과적 질환, 기억 및 인지 장애, 향정신성 약물 복용의 후유증으로 발생하는 운동장애, 통증 등 다양한 신경계 이상을 매개한다. 그러나 현재까지 말초신경계에서 시그마 수용체의 기능이 자세하게 밝혀져 있지 않다.본 연구의 목적은 방광, 전립선, 음경 등 다양한 비뇨생식기를 지배하고 있는 골반자율신경절 세포에서 시그마 수용체가 세포 내 칼슘 조절을 매개하는지 여부를 확인하는 것이다. 이를 위해 칼슘전류를 10 mM charge carrier를 사용하여 전세포 파열 패치클램프 방법으로 기록하였고, 세포 내 칼슘이온의 농도는 형광염료(fura-2/AM)로 부하된 골반신경절 세포의 형광이미지를 분석하여 측정하였다. 역전사 중합 연쇄반응 분석으로 골반신경절 세포에 시그마 수용체 type-1을 코딩하는 유전자의 발현을 확인하였다. 교감 및 부교감 골반신경 세포에서 시그마 수용체에 비특이적인 리간드인 haloperidol을 처치한 결과 농도 의존적으로 고전압에서 활성화되는 칼슘전류가 억제되었고, 칼슘채널의 모든 아형(L-, N, 및 R-형)을 억제하였다. 시그마 수용체 type-1에 선택적인 (+)-SKF10047의 경우 고전압에서 활성화되는 칼슘전류의 억제 정도가 haloperidol에 비해 상대적으로 미약하였다. 골반신경절 세포에서 시그마 수용체 리간드에 의한 고전압에서 활성화되는 칼슘 전류의 억제는 교감신경 및 부교감신경 세포군에서 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다. 골반신경절 세포에서 시그마 수용체에 의해 매개되는 칼슘 전류의 억제 정도는 Gpp(NH)p의 투석 전후에 차이를 보이지 않아 G 단백질이 매개되지 않는다는 사실을 시사하였다. 시그마 리간드에 의한 칼슘전류 억제정도를 비교해 보면 haloperidol(19±2 μM) > ifenprodil(58±4 μM) > (+)-SKF-10047(427±44 μM) > DTG(457±12 μM)의 순으로 나타났다. 따라서 골반신경절 세포에서 시그마 수용체 type-2가 칼슘전류의 억제를 주로 매개한다는 사실을 알 수 있었다. 더욱이, 시그마 수용체 type-1과 type-2에 선택적인 (+)-SKF10047과 ifenprodil의 처치시에 골반신경절 세포 내 칼슘이 일시적으로 증가하는 현상을 관찰하였고, 또한 (+)-SKF10047은 G 단백질 중 Gq/11에 연결된 bradykinin 수용체의 활성화에 의해 유도되는 소포체로부터의 칼슘 유리를 항진시켰다. 따라서 이러한 결과는 골반신경절 세포에서 시그마 수용체가 G 단백질과는 독립적인 경로를 통해 칼슘채널에 음성적(negatively)으로 연결되어 있고, 소포체로부터의 칼슘 유리에 양성적(positively)으로 연결되어 있음을 확인하였다.

[영문]Sigma receptors are high affinity binding sites for a wide variety of ligands including neurosteroids, antipsychotics, and psychomimetic drugs, and are widely distributed in the nervous, endocrine, and immune systems. Two subclasses of the sigma receptor called sigma-1 and sigma-2 have been pharmacologically identified. In the central nervous system, sigma receptors have been implicated in a number of physiological functions such as regulation of neurotransmitter release, learning and memory processes, and regulation of movement and posture. In addition, sigma receptors have been also implicated in central disorders including mood disorders, amnesic and cognitive deficits, effects produced by drugs of abuse, tardive dyskinesia, and analgesia. To date, however, the functional roles of sigma receptors are unclear in the peripheral nervous system.The purpose of the present study was to investigate whether the sigma receptors are involved in intracellular Ca2+ regulation in the autonomic major pelvic ganglion(MPG) neurons innervating various urogenital organs including the urinary bladder, the prostate, and the penis. In this regard, Ca2+ currents were measured using 10 mM Ca2+ as a charge carrier under whole cell-ruptured configuration of the patch-clamp technique. Intracellular Ca2+ level([Ca2+]i) was also monitored with ratiometric fluorescence measurement in MPG neurons loaded with fura-2/AM(5 mM) at 37℃ for 30 min. Basically, RT-PCR analysis revealed that the MPG neurons contain transcripts encoding type-1 sigma receptor. Bath application of haloperidol, a non-selective sigma ligand, dose-dependently inhibited high voltage-activated(HVA) Ca2+currents in the sympathetic and parasympathetic MPG neurons. Haloperidol inhibited all HVA Ca2+ channel isoforms(L-, N-, & R-types) expressed in the MPG neurons. (+)-SKF-10047, a type-1 sigma receptor ligand, exerted small effects on HVA Ca2+ currents. The potency order of different sigma ligands was as follows: haloperidol(19±2 μM) > ifenprodil(58±4 μM) > (+)-SKF-10047(427±44 μM) > DTG(457±12 μM). The haloperidol and (+)-SKF10047-induced HVA-Ca2+ current inhibition was prevented by dialysis of Gpp(NH)p. Application of sigma ligands such as (+)-SKF-10047 and ifenprodil transiently increased [Ca2+]i in the MPG neurons. Furthermore, application of (+)-SKF-10047 potentiated bradykinin-induced Ca2+ release from endoplasmic reticulum(ER) in the MPG neurons. Taken together, these data suggest that sigma receptors(predominantly, type-2) are negatively coupled to Ca2+ channels via G-protein-independent pathways and positively coupled to the Ca2+ release from ER in MPG neurons.