칼슘 신호전달

이상경(Sang-Kyeong Lee),김영훈(Young-Hoon Kim),김용관(Yong-Kwan Kim) 대한생물치료정신의학회 1997 생물치료정신의학 Vol.3 No.2

이온화된 칼슘은 세포내에서 다양한 이차전령 중의 하나로 기능한다. 세포내에서 신호전달 과정 중 위하여 칼슘이 증가되는 방식은 세포형태에 따라 각각 다르다. 비흥분성 세포에서는 효현제가 G 단백질과 연관된 수용체나, TyrKR을 자극하면, PLC 활성화에 의하여 IP₃/DAG가 생성되며 IP₃는 IP₃R을 자극하여 ER로부터 세포질로 칼슘의 분비를 촉진한다. 흥분성 세포에서는 VDCC를 통하여 세포내로 칼슘이 유입되고 이 칼슘이 RyR을 자극하여 세포질내 칼슘을 증가시킨다. 또한, 세포에는 세포질의 칼슘이 회수되는 방식도 존재하는데, 세포막 및 세포내 저장소에는 칼슘펌프가 에너지를 사용하여 세포 밖으로 칼슘을 배출시키거나 ER로 저장시킨다. 그 밖에 세포에는 세포내 저장 칼슘이 고갈되면 세포막에 존재하는 특수한 칼슘통로를 통하여 칼슘이 유입되는 기전, 칼슘이 칼슘을 분비케하는 CICR 등의 기전이 존재한다. 이러한 기전을 통하여 세포내 칼슘의 활동은 정적인 수준으로서만 표현되는 게 아니라, 시공간을 가지는 파형의 형태로 단일 세포 및 이웃세포에도 그 영향을 준다. 다양한 세포에 칼슘 신호전달이 관계되며 뇌에서도 기억이나 기타 신경활동에 있어서의 작용에 대한 관심이 고조되고 있다. Ionized calcium(Ca²?) is one of many second messengers in cells. There are two common motifs for Ca²? signaling. In nonexcitable cells, both inositol 1,4,5-triphosphate(IP₃) and diacylglycerol(DAG) are formed by activation of phospholipase C(PLC) when the agonist stimulates either the G protein-coupled receptor or the tyrosine kinase receptor. IP₃ acts as an intracellular second messenger by binding to the IP₃ receptor(IP₃R) that spans the endoplasmic reticulum membrane and triggering release of Ca²? from the endoplasmic reticulum(ER). In excitable cells(eg. neurons), Ca²? entering through voltage-dependent Ca²? channels may directly activate ryanodine receptors(RyR), the excitable cell counterparts to the IP₃R, to release Ca²? from the intracellular stores. In addition to these systems that increase cytosolic [Ca²?], cells have Ca²? pumps that remove cytosolic Ca²?. One of the most exciting areas in Ca²? signal transduction in recent years has been the discovery of gating of Ca²? entry across the plasma membrane by depletion of intracellular stores. Calcium-induced calcium release(CICR), triggering of an explosive release of stored Ca²? from the ER by a small amount of Ca²? either from the adjacent ER or from VDCCs, is also an Interesting phenomenon. Cells give and receive much more information by more complex ways of Ca²? signaling in the spatiotemporal aspects. Many researchers are now paying attention to the roles of Ca²? signaling in the brain.

실험미생물의 탄산칼슘 생성에 의한 시멘트 모르타르 강도발현 실내실험

조윤수,박상현,박주영,소재성,정진훈 한국도로학회 2013 한국도로학회 학술대회 발표논문 초록집 Vol.2013 No.09

탄산칼슘 형성 미생물은 요소(CO(NH2)2)의 가수분해를 통해 탄산염이온(CO3 2-)을 생성하고, 분해된 탄산 염이온은 칼슘이온(CO3 2+)과 결합하는 탄산칼슘형성작용(Microbially Induced Calcite Precipitation)을 하는 것으로 알려져 있다. Muynck et al.(2008)은 탄산칼슘(CaCO3) 형성 미생물을 콘크리트에 적용하여, 자가 균열보수 및 강도 증진 효과의 가능성을 언급하였다. 이러한 탄산칼슘 형성 미생물을 콘크리트 도로포장에 적용할 경우, 경화 시 발생하는 미세균열을 방지하고, 초기강도 증진효과를 얻을 수 있으며, 장기강도 및 공용성을 증진시킬 수 있을 것으로 예상된다. 따라서 본 연구는 탄산칼슘 형성 미생물을 콘크리트 포장에 적용하기 위한 기초연구로서, Lysobacillus sphaericus종의 탄산칼슘형성 미생물을 적용시킨 시멘트 모르타르에서 탄산칼슘 형성량과 초기강도 발현을 확인하였다. 이를 위해, SEM 촬영 및 EDS 분석을 실시하여 탄산칼슘 형성능력을 비교하였고, 3일, 7일 28일 압축강도 시험을 통해 초기강도를 측정하였다. SEM(Scanning Electron Microscope) 촬영 결과, 미생물에 의해 탄산칼슘이 형성된 공시체의 단면은 그림 1(a)와 같이 탄산칼슘 결정들에 의해 거칠게 나타난 반면, 탄산칼슘 미생물이 주입되지 않은 일반 시멘트 모르타르의 표면은 그림 1(b)와 같이 비교적 매끄러운 것으로 확인되었다. EDS(Energy Dispersive x-ray Spectroscopy) 분석을 실시하여 탄산칼슘 형성량을 비교한 결과, 미생물을 적용한 시멘트모르타르 공시체에서 탄산칼슘 질량이 16.7% 증가함이 확인되었다. 그리고 미생물에 의해 생성된 탄산칼슘이 압축강도에 미치는 영향을 분석한 결과, 탄산칼슘 형성 미생물을 적용시킨 시멘트 모르타르의 경우 일반 시멘트 모르타르에 비해 강도가 48.1% 증가하는 것으로 나타났다.

카페인과 칼슘이 골모 세포의 활성에 미치는 영향

백혜정,전윤식 대한치과교정학회 2002 대한치과교정학회지 Vol.32 No.2

사회적, 경제적 여건의 향상으로 성인들의 교정치료에 대한 관심이 커지고 있지만 폐경기 여성에 있어서 골다공증의 증가는 교정치료에 제한이 되며, 골다공증과 카페인과의 관련 여부는 최근까지 논란이 되고 있다. 따라서 본 연구의 목적은 생후 1일된 마우스의 골모세포를 in vitro상에서 카페인과 칼슘 및 이 둘을 혼합 처리하여 골모세포의 활성에 미치는 영향에 대해 알아보고자 하였다. 실험에 사용한 골모세포는 마우스의 두 개관에서 얻었으며, 카페인 단독 처리, 칼슘 단독 처리, 카페인과 칼슘의 혼합처리를 시행하였다. 카페인 처리를 한 경우 1일, 2일, 4일째 세포 독성 정도를 570 nm ELISA로 분석을 시행하였고, 카페인, 칼슘 및 혼합 처리시 배양 후 28일째 Von Kossa staining 후 영상분석기에 의해 광화된 골결절의 밀도를 측정하였으며, 염기성 인산분해효소 활성도 변화를 배양 후 2일, 7일, 14일, 21일, 28일째 405 nm spectrophotometer로 측정하였고, IL-1β의 활성도를 48시간 후 492 nm ELISA로 분석을 시행하였다. 얻어진 수치들은 ANOVA test로 통계 분석하였다. 1. 카페인에 대한 세포 독성은 카페인의 농도가 1.0 mM, 2.0 mM로 증가함에따라, 2일, 4일로 배양 기간이 길어짐에 따라 유의하게 증가하였고, 세포수는 감소하였다. 2. 광화된 골결절의 밀도는 카페인을 단독 처리한 경우 0.2 mM에서, 칼슘 단독 처리시에는 1.2 mM에서, 혼합 처리한 경우 0.1 mM 카페인과 1.8 mM 칼슘에서 가장 크게 나타났다. 3. 염기성 인산분해효소 활성도는 비처리시 칼슘과 같이 14일째 최대값을 보이는 반면, 카페인을 단독 처리한 경우 농도가 증가함에 따라 활성도가 증가하였다. 카페인과 칼슘 혼합 처리시에는 칼슘 농도가 1.2 mM, 1.8 mM인 경우 배양 14일에 염기성 인산분해효소의 활성도가 유의하게 증가하였으나, 2.5 mM인 경우 활성도가 감소하였다. 4. IL-1β의 활성도는 카페인을 단독 처리한 경우 0.2 mM, 1.0 mM에서, 칼슘 단독 처리시에는 1.8 mM에서, 혼합 처리시 0.1 mM 카페인과 1.8 mM 칼슘 혼합 처리한 경우 높게 나타났고, 고농도의 카페인, 칼슘 혼합 처리시에는 낮게 나타났다. 이러한 실험 결과를 통하여 칼슘이 1.2 mM, 1.8 mM 농도로 존재하는 경우 카페인에 대한 골모세포의 염기성 인산분해효소 활성과 IL-1β의 활성 억제 효과가 어느 정도 회복되나, 2.5 mM 고농도의 칼슘은 억제된 활성을 회복시키지 못함을 확인하였다. The purpose of this study was to evaluate the effects of caffeine and calcium on the activities of the osteoblastic cell from mouse calvaria. The author cultured osteoblastic cells obtained from the mouse calvaria and were divided into three groups : the caffeine-treated, the calcium-treated and the combine-treated group. In caffeine-treated group, the cell toxicity was measured by MTT assay at 1, 2 and 4 days after treatment of caffeine. In all groups, the densities of the mineralized bone nodules were measured by imaging analyzer after Von Kossa staining. The alkaline phosphotase (ALP) activities were measured at 2, 7, 14, 21 and 28 days and the interleukin-1β activities at 48 hours after treatment of caffeine and calcium. The measurement were statistically executed with ANOVA test and the results were as follows. 1. The cellular toxicity of the caffeine increased with the concentration of caffeine during the incubation period. 2. The maximum densities of mineralization were observed at 0.2 mM caffeine-treated group. 1.2 mM calcium-treated group, 0.1 mM caffeine and 1.8 mM calcium-treated group. 3. The activities of ALP were peaked at 14 days at calcium-treated group as no-treated. But, the activities of ALP increased with concentrations of caffeine at caffeine-treated group. At combine-treated group, the act of ALP were peaked at 24 days at 1.2 mM, 1.8 mM calcium-treated group, But decreased at 2.5 mM calcium-treated group. 4. The activites of the IL-1β were increased significantly at 0.2 mM caffeine-treated group, 1.8 mM calcium-treated group and 0.1 mM caffeine and 1.8 mM calcium-treated group. But they were decreased at all groups of high concentration.

Ca^(2+) cannel subtypes in the sympathetic major pelvic ganglion (MPG) neurons of the rat

Hong, Sung Won,Kim, Young Kyu 東國大學校醫學硏究所 2004 東國醫學 Vol.11 No.1

세포내의 칼슘은 신경전달물질의 분비, 이온 통로의 개폐와 조절과 같은 신경세포의 기능에 있어서 매우 중요한 기능을 하고 있다. 신경세포 안으로의 칼슘의 유입은 주로 칼슘통로를 통하여 일어나므로, 칼슘통로의 동정과 그 종류의 분리는 세포내 칼슘농도에 의하여 야기되는 신경세포의 기능 조절을 이해함에 있어서 매우 중요하다. 본 연구에서는 흰쥐의 골반신경절(MPG)에서 나타나는 교감신경세포의 칼슘통로의 유무와 그 종류들을 새로이 분리 배양된 세포(배양 4시간 후부터)에서 전기생리학적 또한 약리학적 방법론들을 사용하여 규명하였다. MPG 교감신경세포들에서는 LVA T-형과 HVA 칼슘통로 모두가 발현되고 있으며, LVA T-type 칼슘통로는 -60 mV에서 활성화되기 시작하였고 HVA 칼슘통로는 보다 높은 -40mV에서 활성화되기 시작하였다. LVA T-형 칼슘통로는 Ni^(2+)에 더 잘 억제되었으며, HVA칼슘통로는 Ni^(2+)(IC_{50}=599 μM)에 비하여 Cd^(2+)(IC_{50}=8.2 μM)에 더 민감히 억제되었다. 또한 HVA 칼슘 통로들은 특정 유기 억제약물들을 사용하여 세부 이종류로 규명하였다. 연속적으로 칼슘통로 억제약물인 1 μM ω-conotoxin GVIA (N-typ), 1 μM ω-conotoxin MVITC (P/Qtype), 10 μM nimodipine(L-type), 그리고 200 nM SNX-482 (R-type)를 투여하였을 시에 각각의 억제 약물들에 의하여 억제되는 칼슘통로들은 각각 N-type이 70.2%, P/Q-type이 7.6%, L-type이 11.2%, 그리고 R-type이 11.1%로 나타났다. 따라서 흰쥐 골발신경절에서 나타나는 교감신경세포에는 LVA T-형 및 HVA N-, L-, P/Q,R-형 칼슘통로가 발현되고 있으며, 전체 칼슘통로 중에서 N-형 칼슘통로가 70% 이상을 차지하는 주된 칼슘통로이다. Intracellular Ca^(2+) plays an important role in various cellular functions such as transmitter release and modulation of opening ion channels. Since the voltage-gated Ca^(2+)channel is a major route for Ca^(2+) entry into the cell, identification of Ca^(2+) subtypes expressed in a neuron is essential to understand the regulation of some specific neuronal functions triggered by intracellular Ca^(2+). The subtypes of Ca^(2+) channels in sympathetic neurons of the male rat major pelvic ganglion (MPG) were electrophysiologicdy and pharmacologiacally identified from acutely dissociated neurons using whole-cell patch-clamp technique and both inorganic and specific organic Ca^(2+) channel blockers. The MFG sympathetic neurons appeared to have both low-voltage-activated (LVA) and high-voltage-activated (HVA) Ca^(2+) channels, whereas parasympathetic neuron did not. In the sympathetic neurons, the LVA T-type Ca^(2+) channels became activated at around -60 mV and more sensitive to Ni^(2+) than Cd^(2+), whereas the HVA Ca^(2+) channels are activated at -40 mV and more sensitive to Cd^(2+) (IC_(50) = 8.2 μM) than to Ni^(2+) (IC_(50) = 599 μM). In addition, the HVA Ca^(2+) channels are further classified into subtypes using specific organic Ca^(2+) channel blockers including 10-conotoxin GVIA (N-type), 10-conotoxin MVIIC (P/Q-type), 10 μM nimodipine (Ltype), and 200 nM SNX-482 (R-type). The HVA Ca^(2+) channel subtypes expressed in the MPG sympathetic neurons were consisted of 70.2% N-type, 7.6% P/Q-type, 11.2% Ltype, and 11.l% R-type Ca^(2+) channels. The present study demonstrated that the sympathetic neuron contains both LVA T-type and HVA Ca^(2+) channels. The present study also showed that the N-type is a major subtype of Ca^(2+)' channels and the presence of R-type Ca^(2+) channel in the sympathetic MPG neurons of the rat.

산란계 사료에 대한 칼슘 공급제의 추가공급이 산란능력과 사료효율 및 난각질에 미치는 영향

나상원,이우진,이규호,Na S. W.,Lee W. J.,Lee K. H. 한국가금학회 2005 韓國家禽學會誌 Vol.32 No.1

관행적인 산란계 사료와 관행적 산란계 사료에서 칼슘 공급제를 배제한 저 칼슘사료의 2가지 배합사료를 급여하면서 각각 오후 3$\~$4시에 일반적인 관행사료의 칼슘 공급제 배합량의 1$\~$3배의 칼슘 공급제(석회석)를 추가로 공급할 경우 산란능력과 사료섭취량, 사료효율 및 난각질에 미치는 영향을 조사하기 위하여 480수의 갈색산란계를 공시하여 10주간 사양시험을 실시한 결과 산란율은 처리간에 유의적인 차이가 없었으며, 평균난중은 처리간에 유의성은 인정되었으나(P<0.05)처리 간에 일정한 경향은 보이지 않았다. 칼슘공급제가 들어있지 않은 배합사료의 1일 1수당 섭취량은 2가지 배합사료에서 모두 칼슘공급제의 추가공급량이 증가할수록 유의적으로 감소하였으나(P<0.05), 칼슘공급제를 포함한 사료의 섭취량은 칼슘공급제의 추가공급량이 증가할수록 유의적으로 증가하였다(P<0.05). 칼슘공급제가 들어있지 않은 배합사료의 산란 kg당 요구율은 2가지 배합사료에서 모두 칼슘공급제의 추가공급량이 증가할수록 감소하는 경향을 보였으나, 칼슘공급제를 포함한 사료의 산란 kg당 요구율은 칼슘공급제의 추가공급량이 증가할수록 유의적으로 증가하였다(P<0.05).계란의 비중은2가지 배합사료에서 모두 칼슘공급제의 추가공급량이 증가할수록 유의적으로 증가하는 경향을 보였고(P<0.05), 난각 파괴강도와 난각 후도는 모두 처리간에 유의성은 인정되지 않았으나 칼슘 공급제 추가공급량이 증가할수록 증가하는 경향을 보였다. 결론적으로 고칼슘의 관행산란계사료를 계속 급여하는 대신 관행산란계 사료에서 칼슘 공급제를 배제한 저칼슘의 사료를 급여하면서 칼슘 요구량이 증가하는 오후 3$\~$4시 이후에 충분한 칼슘 공급제를 추가 공급하면 사료섭취 량과 사료요구율을 감소시키고 난각질을 개선할 수 있을 것으로 보인다. Forty-wk-old 480 ISA Brown layers were used in a 10-wk feeding trial to investigate the effects of additional various levels of limestone to a low calcium diet without any calcium additives on the performance of laying hens. There were significant differences in average egg weight (P<0.05) without any specific trend among treatments and hen-day egg production was not influenced by the dietary treatments. Daily intake and conversion per kg egg of feed excluded the calcium supplement were significantly reduced (p<0.05) as the level of additional calcium supplement increased in both types of layer diet, while those of feed included the calcium source were significantly increased (P<0.05) as the level of additional calcium supplement increased. Egg specific gravity, eggshell breaking strength and thickness were increased as the level of additional calcium supplement increased, however the significant differences were found only in egg specific gravity It would be possible to reduce the daily feed intake and feed conversion and to improve the eggshell quality by feed the low calcium diet devoid of calcium supplement from the conventional laying hen diet and by supply the additional calcium source at 3 to 4 p.m. instead of the continuous feeding of conventional high calcium diet.

아세틸콜린과 콜레시스토키닌에 의한 사람 담낭 수축시 이용되는 칼슘의 근원

이종균,이풍렬,이종철,강동묵,엄대용,윤용범 大韓消化器病學會 1998 大韓消化器病學會誌 Vol.31 No.6

구연산과 칼슘이 치아침식증의 발생에 미치는 영향

송인경,이광희,김대업,양영숙 大韓小兒齒科學會 2005 大韓小兒齒科學會誌 Vol.32 No.3

산성 음료의 치아침식증 유발력을 감소시키기 위한 연구의 일환으로, 0.1%, 0.3%, 0.5%, 1.0% 구연산용백의 5분, 15분, 30분, 60분간의 사람 소구치 법랑질의 치아침식증 유발력 및 구연산용액에 첨가되는 칼슘 0.05%, 0.1%, 0.2%에 따른 치아침식증 발생 억제효과를 표면미세경도를 측정하여 연구하였다. 전체적으로 볼 때, 구연산 농도가 높을수륵, 탈회시간이 길수록, 칼슘농도가 낮을수록 탈회후 경도가 하락하였다. 탈회 5분 후 경도는 칼슘 무첨가의 경우에 76~90%이었고 칼슘 첨가에 따른 5분간의 탈회억제량은 2~l5%이었다. 탈회 15분 후 경도는 칼슘 무첨가의 경우에 65~84%이었고 칼슘 첨가에 따른 15분간의 탈회억제량은 3~l7%이었다. 탈회 30분 후 경도는 칼슘 무첨가의 경우에 53~72%이었고 칼슘 첨가에 따른 30분간의 탈회억제랑은 6~22%이었다. 탈회 60분 후 경도는 칼슘 무첨가의 경우에 43~66%이었고 칼슘 첨가에 따른 60분간의 탈회억제량은 7~l9%이었다. 탈회억제량의 분포를 전체적으로 보면, 구연산 농도에서는 1.0%에서 가장 크게 나타났고, 칼슘농도에서는 0.2%에서 가장 크게 나타났으며, 탈회시간에서는 0,1% 구연산용액에서는 탈회시간이 증가함과 더불어 탈회억제량도 함께 커지는 경향을 보였으나, 0.3% 이상의 구연산용액에서는 30분에 가장 크고 60분에 약간 감소하는 경향을 보였다 이상의 결과는 구연산에 의한 치아침식증 발생에 칼슘이 억제효과를 나타낼 수 있음을 시사한다. The purpose of study was to observe the effect of calcium and citric acid on the dental erosion of human premolar enamel. Enamel specimens were demineralized in 0.1%, 0.3%, 0.5%, or 1.0% citric acid solutions with 0.05%, 0.1%, or 0.2% calcium for 5, 15, 30, and 60 minutes, and then the surface microhardness of the enamel was measured. The hardness decreased as the concentration of citric acid and the demineralization time increased. Hardness after 5 minutes was 76~90% in case of no calcium and the inhibition of dental erosion by calcium addition was 2~15%. Hardness after 15 minutes was 65~84% in case of no calcium and the inhibition of dental erosion by calcium addition was 3~17%. Hardness after 30 minutes was 53~72% in case of no calcium and the inhibition of dental erosion by calcium addition was 6~22%. Hardness after 60 minutes was 43~66% in case of no calcium and the inhibition of dental erosion by calcium addition was 7~19%. The inhibition was the highest in 1.0% citric acid and 0.2% calcium. In 0.1% citric acid the inhibition increased as the demineralization time increased, but in 0.3% to 1.0% citric acid the inhibition was most high at 30 minutes and decreased a little at 60 minutes. These results suggest that calcium has a inhibitory effect on the citric acid induced dental erosion.

적출관류 토끼 심장에서 칼슘 전처치에 의한 심근보호 효과와 Protein Kinase C와의 관계

김용한,손동섭,조대윤,양기민,김호덕 대한흉부심장혈관외과학회 1999 Journal of Chest Surgery (J Chest Surg) Vol.32 No.7

연구배경: 짧은 기간 동안 허혈-재관류를 반복(ischemic preconditioning, IP)할 경우 후속되는 보다 긴 기간 동 안의 허혈에 대하여 재관류시 심근의 수축기능 회복이 증가, 심근괴사 범위 감소 등의 심근보호효과가 있음 은 여러 가지 동물실험으로 밝혀졌으며 인간의 심장에서도 유사한 효과가 나타나는 것으로 보고되고 있다. 최근 칼슘이 매개가 되어 protein kinase C(PKC)의 활성화가 일어남으로서 IP효과가 나타날 것이라는 실험결 과들이 제시되고 있으나 논란이 많다. 본 연구에서는 적출 토끼심장을 이용하여 칼슘이 심근세포내의 PKC 활성도에 어\ulcorner 영향을 미치는가를 연구하고자 하였다. 대상 및 방법: 적출관류 흰토끼 심장을 이용하여 관 류를 차단하는 방법으로 전체허혈을 유도하였으며 전체허혈(5분), 재관류(10분)를 1회 실시하여 IP를 유도하 고 45분 동안 전체허혈후 120분 동안 재관류를 실시하였다(IP군, n=13). 허혈 대조군(n=10)에서는 IP없이 45 분 동안 전체허혈후 120분 동안 재관류를 실시하였다. 칼슘투여군에서는 5분 동안 허혈후 10분 동안 10 (n=10) 또는 20 mM(n=11)의 칼슘을 포함한 관류액으로 관류하고 이어서 45분 동안 전체허혈과 120분 동안 재관류를 실시하였다. 전 실험 기간 동안 좌심실기능, 관혈류를 측정하였으며 실험 종료 후 PKC-specific peptide와 32P-${\gamma}$-ATP incorporation으로 PKC활성도(nmol/g tissue)를 측정하였다. 심근괴사 크기는 1% tetra zolium chloride로 염색하여 형태계측하였다. 결과: IP를 실시한 결과, LVDP(left ventricular developed pressure), 심근수축력, 관혈류 등은 허혈 대조군에 비하여 현저히 증가하였으며(p<0.05) 이완말기압의 상승폭은 저하되 었고(p<0.05) 심근괴사 크기는 38%에서 20%로 감소하였다(p<0.05). 칼슘투여군에서는 LVDP, 심근수축력, 관 혈류 등에는 허혈 대조군에 비하여 큰 차이가 없거나 오히려 저하되었으나 심근괴사 크기는 19~23%로 현 저히 감소하였다(p<0.05). 세포질분획의 PKC활성도(nmol/g tissue)는 IP군, 칼슘투여군에서 각각 5.98$\pm$0.57, 6.30$\pm$0.24(20 mM 칼슘 전처치군), 4.19$\pm$0.39(10 mM 칼슘 전처치군)로 기준(7.31$\pm$0.31)에 비하여 특히 10 mM 칼슘 전처치군에서 유의하게 감소하였으며(p<0.01), 세포막분획의 PKC활성도는 각각 4.00$\pm$0.14, 2.50$\pm$ 0.31, 4.02$\pm$0.70으로 기준(1.84$\pm$0.21)에 비하여 IP군과 10 mM 칼슘 전처치군에서 유의하게 증가하였다 (p<0.05). 그러나 허혈대조군에서는 두 분획 모두 기준선과 비교하여 큰 차이가 없었다. 결론: 이상으로 적출 관류 토끼심장에서 장시간 동안의 허혈전 높은 농도의 칼슘으로 전처치하면 허혈후 재관류시 심근기능의 회 복증가는 기대하기 어려우나 IP와 유사한 심근괴사 범위 감소효과가 있으며 이러한 효과는 아마도 칼슘의 매개에 따라 PKC활성화가 일어남으로써 나타나는 것으로 생각된다. Background : It has been documented that brief repetitive periods of ischemia and reperfusion (ischemic preconditioning, IP) enhances the recovery of post-ischemic contractile function and reduces infarct size after a longer period of ischemia. Many mechanisms have been proposed to explain this process. Recent studies have suggested that transient increase in the intracellular calcium may have triggered the activation of protein kinase C(PKC); however, there are still many controversies. Accordingly, the author performed the present study to test the hypothesis that preconditioning with high concentration of calcium before sustained subsequent ischemia(calcium preconditioning) mimics IP by PKC activation. Material and Method : The isolated hearts from the New Zealand White rabbits(1.5∼2.0 kg body weight) Method: The isolated hearts from the New Zealand White rabbits(1.5∼2.0 kg body weight) were perfused with Tyrode solution by Langendorff technique. After stabilization of baseline hemodynamics, the hearts were subjected to 45-minute global ischemia followed by a 120-minute reperfusion with IP(IP group, n=13) or without IP(ischemic control, n=10). IP was induced by single episode of 5-minute global ischemia and 10-minute reperfusion. In the Ca2+ preconditioned group, perfusate containing 10(n=10) or 20 mM(n=11) CaCl2 was perfused for 10 minutes after 5-minute ischemia followed by a 45-minute global ischemia and a 120-minute reperfusion. Baseline PKC was measured after 50-minute perfusion without any treatment(n=5). Left ventricular function including developed pressure(LVDP), dP/dt, heart rate, left ventricular end-diastolic pressure(LVEDP) and coronary flow(CF) was measured. Myo car ial cytosolic and membrane PKC activities were measured by 32P-${\gamma}$-ATP incorporation into PKC-specific pepetide. The infarct size was determined using the TTC (tetrazolium salt) staining and planimetry. Data were analyzed using one-way analysis of variance(ANOVA) variance(ANOVA) and Tukey's post-hoc test. Result: IP increased the functional recovery including LVDP, dP/dt and CF(p<0.05) and lowered the ascending range of LVEDP(p<0.05); it also reduced the infarct size from 38% to 20%(p<0.05). In both of the Ca2+ preconditioned group, functional recovery was not significantly different in comparison with the ischemic control, however, the infarct size was reduced to 19∼23%(p<0.05). In comparison with the baseline(7.31 0.31 nmol/g tissue), the activities of the cytosolic PKC tended to decrease in both the IP and Ca2+ preconditioned groups, particularly in the 10 mM Ca2+ preconditioned group(4.19 0.39 nmol/g tissue, p<0.01); the activity of membrane PKC was significantly increased in both IP and 10 mM Ca2+ preconditioned group (p<0.05; 1.84 0.21, 4.00 0.14, and 4.02 0.70 nmol/g tissue in the baseline, IP, and 10 mM Ca2+ preconditioned group, respectively). However, the activity of both PKC fractions were not significantly different between the baseline and the ischemic control. Conclusion: These results indicate that in isolated Langendorff-perfused rabbit heart model, calcium preconditioning with high concentration of calcium does not improve post-ischemic functional recovery. However, it does have an effect of limiting(reducing) the infart size by ischemic preconditioning, and this cardioprotective effect, at least in part, may have resulted from the activation of PKC by calcium which acts as a messenger(or trigger) to activate membrane PKC.

쥐 교감신경 뉴론 N형 칼슘통로의 2가 양이온의존성 비활성화

구용숙,Goo Yong-Sook 한국의학물리학회 2006 의학물리 Vol.17 No.2

본 연구자를 위시한 많은 연구자에 의해 칼슘이 N형 칼슘통로의 비활성화를 촉진시킨다는 것이 보고되었다. 그러나 칼슘에 의한 비활성화 촉진 효과가 고전적인 칼슘의존성 기전에 의해 기인하는지는 아직 확실하지 않다. L형 칼슘통로의 칼슘의존성 비활성화기전을 밝히기 위하여 지금까지 사용해온 방법의 하나는 세포내, 외의 칼슘농도를 변화시켜보는 것이다. 그러므로 본 연구에서는 칼슘의존성 비활성화기전의 존재 여부를 알아보기 위하여 2가 양이온을 1가 양이온인 메틸아민($MA^+$)으로 치환하였다. 선행 연구를 통해 우리는 5초 동안의 긴 저분극 자극 시 바륨과 칼슘을 사용하여 얻은 전류에서 모두 빠른 성분(${\tau}{\sim}150ms$)과 느린 성분(${\tau}{\sim}2,500ms$)의 비활성화가 있음을 알 수 있었다. 본 연구에서 세포외 2가 양이온의 농도가 0이 되도록 하였을 때 빠른 비활성화가 소실된 반면 느린 비활성화에는 영향이 거의 없었다. 또한 바륨를 사용하였을 때보다 10 mV씩 과분극시킨 전압에서의 메틸암모늄 전류 데이터를 비교하여 보았을 때 느린 비활성화의 시정수가 서로 잘 일치하였으며 이 시정수는 막전압이 저분극될수록 감소하는 막전압의존성 비활성화의 특성을 보였다. 본 연구결과와 선행연구의 결과를 종합하여 볼 때 세포외 2가 양이온의 존재는 N형 칼슘통로의 빠른 비활성화가 일어나기 위하여 필수적인 조건이며 이러한 2가 양이온의존성 비활성화기전은 기존의 칼슘의존성 또는 막전압의존성 기전과 다르다는 가설을 제안한다. Experiments from several groups Including ours have demonstrated that $Ca^{2+}$ can enhance the inactivation of N-type calcium channels. However, it is not clear if this effect can be ascribed to a 'classic' $Ca^{2+}$-dependent inactivation (CDI) mechanism. One method that has been used to demonstrate CDI of L-type calcium channels is to alter the intracellular and extracellular concentration of $Ca^{2+}$. In this paper we replaced the external divalent cation to monovalent ion ($MA^+$) to test CDI. In the previous paper, we could separate fast (${\tau}{\sim}150ms$) and slow (${\tau}{\sim}2,500ms$) components of inactivation in both $Ba^{2+}$ and $Ca^{2+}$ using 5-sec voltage step. Lowering the external divalent cation concentration to zero abolished fast inactivation with relatively little effect on slow inactivation. Slow inactivation ${\tau}$ correspond very well with provided the $MA^+$ data is shifted 10 mV hyperpolarized and slow inactivation ${\tau}$ decreases with depolarization voltage in both $MA^+\;and\;Ba^{2+}$, which consistent with a classical voltage dependent inactivation (VDI) mechanism. These results combined with those of our previous paper lead us to hypothesize that external divalent cations are required to produce fast N-channel inactivation and this divalent cation-dependent inactivation is a different mechanism from classic CDI or VDI.

N형 칼슘통로 비활성화와 연계된 세포 신호전달 체계로서의 인산화과정

임원일,구용숙,Lim Wonil,Goo Yong Sook 한국의학물리학회 2004 의학물리 Vol.15 No.4

N형 칼슘통로의 비활성화기전에 관하여는 아직까지도 막전압의존성 기전과 칼슘의존성 기전간에 논란이 계속되고 있다. 2003년에 의학물리에 발표한 논문1)에서 본 연구자는 N형 칼슘통로의 비활성화 기전은 2가지 성분 -빠른 성분과 느린 성분을 가지고 있고 빠른 성분은 칼슘의존적이 아니며 오직 느린 성분만이 칼슘의존적일 가능성을 제시하였다. 본 논문에서는 막전압의존성 기전이 옳건 칼슘의존성 기전이 옳건 간에 세포 신호전달 체계로서 비활성화와 연계된 기전이 필요하므로 이러한 맥락에서 인산화 기전을 연구하였다. 흰쥐 경동맥 결절뉴론을 단일 세포로 얻은 후 whole cell patch clamp technique를 사용하여 N형 칼슘전류를 기록하고 대조 세포내액을 사용하였을 때와 phosphatase inhibitor인 okadaic acid를 포함한 세포내액을 사용하였을 때의 차이를 비교하였다. Okadaic acid에 의하여 비활성화정도가 증가되었고 이러한 okadaic acid 효과는 주로 N형 통로를 통하여 영향을 미침을 N형 칼슘통로 억제제인 $\omega$-conotoxin GVIA를 사용함으로써 확인하였다. Okadaic acid에 의한 비활성화 증가 효과는 protein kinase를 비특이적으로 억제하는 staurosporine에 의하여 억제되었고 또한 calmodulin dependent protein kinase의 특이적 억제제인 lavendustin C에 의하여 억제되었으므로 인산화과정이 N형 칼슘통로 비활성화와 관련되어 있고 특히 calmodulin을 통한 인산화과정이 주로 관여함을 확인하였다. 본 연구자가 발표한 선행논문1)에 의해 외부의 2가 양이온에 의해 빠른 비활성화가 진행되며, 본 논문에 의하여 인산화과정에 의해 빠른 비활성화가 촉진된다는 사실이 확인되었다. 그러나 본 연구결과만으로는 인산화과정이 비활성화 자체라고는 볼 수 없으며 단지 인산화과정에 의해 비활성화가 가속되었다고 해석할 수 밖에 없다. 인산화과정이 비활성화자 체인지 여부는 2가 양이온이 칼슘통로에 작용하는 결합부위에 관한 연구 및 인산화 부위가 칼슘통로인지 아니면 다른 조절 부위인지 여부를 확인할 수 있는 연구가 진행되어야 확실히 알 수 있을 것이다. In N-type $Ca^{2+}$ channels, the mechanism of inactivation - decline of inward current during a depolarizing voltage step- is still controversial between voltage-dependent inactivation and $Ca^{2+}$ -dependent inactivation. In the previous paper we demonstrated that fast component of inactivation of N-type calcium channels does not involve classic $Ca^{2+}$ -dependent mechanism and the slowly inactivating component could result from a $Ca^{2+}$ -dependent process. However, there should be signal transduction pathway which enhances inactivation no matter what the inactivation mechanism is. We have investigated the effect of phosphorylation on calcium channels of rat sympathetic neurons. Intracellular dialysis with the phosphatase inhibitors okadaic acid markedly enhanced the inactivation. The rapidly inactivating component is N-type calcium current, which is blocked by $\omega$-conotoxin GVIA. Staurosporine, a nonselective protein kinase inhibitor, prevented the action of okadaic acid, suggesting that protein phosphorylation is involved. More specifically lavendustin C, inhibitor of CaM kinase II, prevented the action of okadaic acid, suggesting that calmodulin dependent pathway is involved in inactivation process. It is not certain to this point whether phosphorylation process is inactivation itself. Molecular biological research regarding binding site should be followed to address the question of how the divalent cation binding site is related to phoshorylation process.