Protease-activated receptor 2-dependent sensitization of rat peripheral nociceptor via activation of T-type Ca2+ channel

Abstract

[한글]Protease-activated receptor (PAR)2는 G-protein-coupled receptor (GPCR) 의 한 부류로서 말초감각전달을 담당하는 배근절 (dorsal root ganglion) 신경세포의 약 65%에서 발현되며, 이의 활성화는 기계적 통각과민을 유발하는 것으로 알려져 있으나 이에 대한 명확한 세포 내 기전은 아직 밝혀져 있지 않다. 한편 최근의 보고에 의하면 T형 막전압 의존성 칼슘통로는 nociception에 관여하며, 이러한 T형 칼슘 전류의 증가는 말초감작에 의해 통각과민을 일으킨다. 따라서 본 실험에서는 PAR2에 의해 유발된 통증반응이 배근절 (dorsal root ganglion) 신경세포의 T형 칼슘 전류 증가에 의한 감작과 연관되어 있을 것이라는 가설을 설정하고 이를 검증코자 하였다. Whole cell 막전압 고정법을 이용하여 실험한 결과, PAR2의 활성제인 trypsin (300 nM) 이나 SL-NH2 (100 M) 에 의해 T형 칼슘 전류가 증가되었고, 이 과정은 phospholipase C (PLC) 의존적, 세포 내 칼슘과 protein kinase C (PKC) 비의존적인 양상을 보였다. 또한 막전류 고정법을 이용한 실험에서는 PAR2활성제들에 의해 ADPs (afterdepolarizing potentials) 가 증가되었으며, 이러한 효과는 T형 칼슘통로 차단제인 mibefradil에 의해 완전히 억제되었다. 또한 trypsin은 생리적인 안정막전압에서 역치를 감소시켜 세포의 흥분성을 증가시켰다. 가는 필라멘트 (von Frey filament) 를 이용하여 기계적 통증 반응을 관찰한 행동실험에서는, PAR2의 활성제를 발바닥에 주입한 쥐가 아무것도 주입하지 않은 쥐에 비해 발회피반응 역치 (PWT, paw withdrawal threshold) 가 낮아 지는 것을 확인하였으며, 이러한 역치의 감소는 T형 칼슘통로 차단제인 mibefradil에 의해 억제되었다. 이러한 실험결과들로 미루어 볼 때 말초 감각신경세포에서 PAR2의 활성화는 T형 칼슘 전류를 증가시키고, 이러한 T형 칼슘 전류의 증가는, PAR2에 의해 유발된 기계적 통각과민에 기여할 것으로 생각한다.

[영문]The protease-activated receptor (PAR)2, a family of G-protein coupled receptors, is expressed on peripheral sensory neurons and its activation evokes mechanical hyperalgesia, but its cellular mechanism is still unknown. Recently, it has been reported that T-type Ca2+ channel contribute to nociception and augmentation of T-type calcium current (ICa-T) may evoke hyperalgesia by sensitizing peripheral nociceptors. So we hypothesized that a PAR2-induced pain may be due to sensitization of primary sensory DRG neurons evoked by augmentation of ICa-T. Either trypsin (300 nM) or PAR2-activating peptide H-Ser-Leu-Ile-Gly-Arg-Leu-NH2 (SL-NH2) (100 M), augmented ICa-T in phospholipase C (PLC)- dependent but, Ca2+ and protein kinase C (PKC)-independent manners. In current-clamp experiments, PAR2 agonists increased afterdepolarizing potentials(ADPs) and this effect was completely inhibited by application of mibefradil, a potent T-type channel blocker. In addition, trypsin increased excitability by lowering the threshold for AP firing even at the physiological resting membrane potential (RMP). Mibefradil reversed the effects of trypsin (300 nM). Finally, intraplantar (i.pl.) injection of PAR2 agonists lowered paw withdrawal threshold (PWT) compared to that of vehicle-treated rats. This reduced PWT was completely reversed by co-treatment of mebefradil. These observations suggest that PAR2 activation readily augment ICa-T in peripheral nociceptive neurons and this augmentation of ICa-T may be involved at least, in part, in PAR2-evoked mechanical hyperalgesia.