세포 내 pH 변화가 임신 쥐 자궁 평활근의 수축력 및 이온 전류의 활성에 미치는 효과

Abstract

[한글]임신 쥐의 자궁평활근에서 자발적 수축의 빈도와 크기가 세포 내 pH 변화에 의해 커다란 영향을 받는다고 보고 되었으나 pH 변화가 어떤 과정을 통해서 자궁평활근의 자발적 수축에 영향을 주는지에 대해서는 명확하지 않다. 따라서 본 연구에서는 (i) 세포 내 pH 변화가 임신 쥐 자궁평활근의 자발적 수축과 세포 내 Ca2+ 농도에 미치는 효과, (ii) 세포 내 pH 변화가 막전압 의존성 Ca2+ 통로 와 K+ 통로 활성 및 kinetic property에 미치는 효과, (iii) 세포 내 pH 변화가 Ca2+ 의존성 K+통로의 활성에 미치는 효과 등을 관찰함으로서 세포 내 pH 변화가 임신 쥐 자궁평활근의 자발적 수축에 미치는 영향과 그 기전을 규명하고자 하였다. 임신 18~20일되는 쥐에서 자궁평활근을 적출하여 longitudinal layer만을 분리하여 fura-2/AM을 축적시켜 장력과 세포 내 Ca2+을 측정하였고 longitudinal layer로부터 분리된 단일세포에서 patch clamp 방법을 통하여 이온전류들을 관찰 하였다. 평활근 절편의 자발적 수축과 [Ca2+]i는 약산인 Na-acetate를 처리하여 세포 내 H+ 농도를 증가시킨 경우 억제되는 반면에, 약염기인 NH4Cl을 처리하여 세포 내 H+ 농도를 감소시킨 경우에는 장력의 크기 및 [Ca2+]i가 증가하는 것을 관찰할 수 있었다. 막전압 의존성 Ca2+ 전류의 크기가 Na-acetate 처리 시 모든 막전압 값에서 감소하는 반면에, NH4Cl 처리 시 유의하게 증가하는 것이 관찰되었다. 이때 Ca2+ 전류의 전류-전압 곡선 상 최대크기를 보이는 전압의 크기나 역전전압 값이 Na-acetate 및 NH4Cl 에 의해 변화되지 않았다. 막전압 의존성 K+ 전류(IdK)의 크기는 막전압 의존성 Ca2+ 전류의 경우와는 달리 Na-acetate 처리 시 모든 막전압 값에서 증가하는 반면에, NH4Cl 처리에 의해서는 감소하는 것이 관찰되었다. Ca2+ 의존성 K+ 통로(BKCa)의 활성은 관류액의 pH를 낮춘 경우 감소하였다가 관류액의 pH를 높힌 경우 증가하는 것을 관찰할 수 있었다.이상의 실험 결과로 볼 때 세포 내 H+ 증가에 의한 자발적 수축의 소실과 세포 내 Ca2+ 농도의 감소는 주로 H+ 에 의한 막전압 의존성 Ca2+ 통로를 억제하는 효과에 기인한다고 생각되며, 이와 같은 세포 내 낮은 pH에 의한 막전압 의존성 Ca2+ 전류 억제 효과는 지연 분만 시 관찰되는 자궁근 무력증의 주요 유발 기전의 하나라고 생각된다.

[영문]It is known that alteration of the intracellular pH significantly affects the frequency and amplitude of spontaneous contraction in pregnant rat uterine smooth muscle, however, the precise mechanisms did not elucidated. Therefore, this study was designed to determine the effect of intracellular pH change on spontaneous contractions of rat uterine smooth muscle and its possible cellular mechanisms. We examined the effect of intracellular pH change on pregnant rat uterine contractility using several experiments following (i) the effect of intracellular pH change on the spontaneous contraction and intracellular Ca2+ concentration([Ca2+]i) in pregnant rat myometrium and (ii) the effect of intracellular pH change on the activity and kinetic property of voltage-dependent Ca2+ channels and delayed rectifer K+ channels, and (iii) the effect of intracellular pH change on the activity of Ca2+-activated K+ channels. Uterine smooth muscle was obtained in rats at 18~20 days of gestation. Longitudinal strips were dissected and loaded with the Ca2+ sensitive indicator Fura‐2/AM.  Patch‐clamp technique on isolated longitudinal single smooth muscle cell was used. The addition of sodium acetate to spontaneous contractions produced a brief abolition of spontaneous contractions, followed by decreased spontaneous contractions. However, the application of ammonium chloride caused a marked increase in the frequency and amplitude of spontaneous contractions. In some preparations, ammonium chloride caused tonic contractions. The force was associated with corresponding increase in the [Ca2+]i transients. Intracellular acidosis (20mM Na-acetate) decreased the magnitude of the voltage-dependent Ca2+ current, but the intracellular alkalosis (20mM NH4Cl) increased the magnitude of the voltage-dependent Ca2+ current. Intracellular acidosis increased the delayed rectifier K+ current but intracellular alkalosis decreased the delayed rectifier K+ current. Activity of Ca2+‐activated K+ channels(BKCa) was decreased by intracellular acidosis and increased by intracellular alkalosis. These results indicate that pH‐dependent change in Ca2+ channel and K+ channel may be involved in the pH‐dependent modulation of phasic contraction.