The functional study of prostaglandin E2-EP receptor on pacemaker activity in interstitial cells of Cajal

Abstract

초록

위장관 카할 사이질 세포의 향도잡이 활동도에 대한 프로스타글랜딘 E2-EP receptor의 효과와 기전 연구

JIAO HAN YI 지도교수: 전제열 조선대학교 대학원 의학과

카할 사이질 세포는 위장관 평활근에서 발생되는 서파 (slow waves)를 생산하는 향도잡이 활동도를 가진 특수 세포이다. 더불어 PGE2는 위장관 운동성에 다양한 생리학적 그리고 병리학적 기능을 담당하는 것으로 알려져 있다. 하지만 아직까지 PGE2의 대장 카할 사이질 세포에 대한 연구는 밝혀지지 않아 본 연구를 통해 확인해 보았다. 연구 결과 도출을 위해 본 연구자는 whole cell patch clamp, RT-PCR 그리고 세포내 칼슘 분석 방법을 실시하였다. 전류 고정 모드에서 PGE2는 농도에 따라 카할 사이질 세포에 두 가지 효과를 보여주었다. 낮은 농도에서는 향도잡이 전압의 빈도수를 높여주었고, 높은 농도에서는 빈도수를 억제하였다. RT-PCR 결과를 통해 본인은 EP3 와 EP4 수용체가 대장 카할 사이질 세포에 존재하는 것을 확인 하였다. 낮은 농도의 PGE2는 SQ22536 (a adenylate cyclase inhibitor) 전처치를 통해 억제되었고 EP3 수용체 agonist인 sulprostone은 낮은 농도의 PGE2와 동일한 결과를 보여주었다. 대장 카할 사이질 세포의 향도잡이 활동도에 대한 Sulprostone의 효과는 PLC inhibitor, Ca2+-ATPase inhibitor 그리고 ANO1 channel blocker에 의해 억제되었다. 세포내 칼슘 분석 방법을 통해 sulprostone은 세포내 칼슘 주지적인 진동을 증가시켰다. 높은 농도의 PGE2는 카할 사이질 세포막의 전압을 과분극 시켰고 향도잡이 전압의 빈도수를 억제하였다. 더불어 향도잡이 전압에 대한 고농도 PGE2의 억제 효과는 ATP 민감성 K+ channel 억제제에 의해 억제되었다. 본 연구는 대장 카할 사이질 세포의 향도잡이 활동도에 대한 PGE2의 효과를 확인하였다. 낮은 농도의 PGE2는 cAMP, ANO1 channels 그리고 PLC와 세포내 칼슘 분비 조절을 통해 카할 사이질 세포의 향도잡이 활동도를 활성화 시켰다. 하지만 높은 농도의 PGE2는 카할 사이질 세포의 향도잡이 활동도를 억제 시켰고 이는 세포 막전압 조절 이온통로인 ATP 민감성 K+ 통로가 관여하였다.|ABSTRACT BACKGROUND: Interstitial cells of Cajal (ICC) generate spontaneous pacemaker acitivity responsible for the production of slow waves in gastrointestinal (GI) smooth muscle. Prostaglandin E2 (PGE2) is one of the most important prostanoids found throughout the GI tract and are responsible for multiple important physiological and pathological processes. PGE2 exert its effects through binding to EP receptors, therefore leading to various signaling pathways. METHODS: To understand the role of PGE2 on packmaker activity in colonic ICC, I performed whole cell patch clamp, RT-PCR and Ca2+ imaging techniques. RESULTS: PGE2 has shown a dual effect on pacemaker potentials in current clamp mode. RT-PCR data suggested the expression of EP3 and EP4 in colonic ICC. Low concentration of PGE2 depolarized membrane potential and increase the generation of pacemaker activity, and this effect was blocked after pre-treatment of SQ22536 (an adenylate cyclase inhibitor). Meanwhile, the effect induced by low dose PGE2 was mimic by the sulprostone, an EP3 agonist. Sulprostone induced effect was inhibited by pre-treating PLC inhibitor (U-73122), Ca2+-ATPase inhibitor (thapsigargin) and ANO1 channel blockers (TMEM16A inhibitor and MONNA), but not PKC inhibitor (chelerythrine). In recordings of Ca2+ imaging, sulprostone increased intracellular Ca2+ oscillations. Conversely, high concentration of PGE2 hyperpolarized membrane potential and blocked the generation of pacemaker potentials in a concentration dependent manner. However, this inhibitory effect induced by high dose PGE2 was blocked by a KATP channel blocker, glibenclamide. CONCLUSION: Low concentration of PGE2 activates EP3 may activate adenylate cyclase or excite ANO1 channels through PLC dependent intracellular Ca2+ release from endoplasmic reticulum. High concentration of PGE2 activates EP4 opens ATP-sensitive K+ channels to regulate pacemaker activity of colonic ICC.