Thrombin and Trypsin Modulate Pacemaker Currents of Interstitial Cells of Cajal from Small Intestine through Proteinase Activated Receptors 1 and 2

Abstract

카할사이질 세포는 위장관 운동을 조절하는 향도잡이 세포로 평활근의 자발적 수축의 근간인 서파을 발생시키고 전파하며 위장관 신경계의 신호를 전달하고 또한 신장 수용체로서의 역할을 담당한다. 단백질 분해효소인 트롬빈과 트립신은 G-단백질과 연결된 protease-activated receptor (PARS)를 통해 여러 부위에서 다양한 생리학적 기능을 하고 있다. 위장관내 존재하는 많은 세포들에서도 발현되며 특히 소장내강에도 높은 농도로 존재하고 있다. 단백질 분해효소는 조직손상, 염증 및 복구과정 등 병태생리학적 현상과 관련되어있다. PARS의 활성화는 위장관 운동에도 영향을 보여 동물의 종이나 조직의 부위에 따라 평활근을 수축 또는 이완하고 있다. 그러나 현재까지 카할사이질 세포에 대한 PARS의 존재와 생리학적 역할에 대한 보고는 없다. 본 연구는 카할사이질 세포에서 PARS 활성 물질인 트롬빈과 트립신의 향도잡이 활동도에 대한 효과와 작용기전을 규명하고자 마우스 소장에서 배양된 세포에 전기생리학적 기법(patch-clamp technique), RT-PCR, 및 세포내 칼슘농도를 측정하였다. 배양된 카할사이질 세포에서 RT-PCR결과 PARS 1과 PARS 2과 발현되었다. 트롬빈 (PARS 1 활성제) 과 트립신 (PARS 2 활성제)는 모두 막전압의 저분극을 유발하였으며, 향도잡이 전류에 대해 긴장성 내향성 전류를 발생과 더불어 전류의 발생빈도와 크기를 감소하였다. 비선택성 양이온 통로 차단제 (flufenamic acid), 세포외 나트륨 또는 칼슘 제거 용액 및 세포내 내형질 세망으로부터 칼슘 분비 억제제 (tharpsigargin)의 존재하에서는 트롬빈과 트립신의 작용이 차단되었다. 그러나 COX-2 억제제(naproxen) 또는 mitogen-activated protein kinases 억제제들에 의해서는 차단되지 않았다. 트롬빈과 트립신은 세포내 칼슘농도를 증가시켰다. 이러한 결과들은 카할사이질 세포에 PARS 1과 PARS 2가 존재하며 비선택성 양이온 통로를 활성화 시켜 향도잡이 활동도를 조절하며 이 과정에 세포내 칼슘 분비가 관여하고 있음을 보여준다. 결론적으로 PARS의 위장관 운동성에 대한 효과는 카할사이질 세포에 영향을 주어 나타낼 수 있음을 시사하며 이는 위장관 운동성 조절 기전을 규명하는 데 있어 중요한 기초 자료를 제공할 것으로 생각된다.|Interstitial cells of Cajal (ICC) provide important regulatory functions in the motor activity of the gastrointestinal tract. It has already reported that activation of proteinase-activated receptors (PARs) by thrombin and trypsin modulates gastrointestinal motility. However, there is no report as to the activation of PARs on ICC. In the present study, the existence of PAR 1 and PAR 2 mRNA was identified by RT-PCR in ICC. In whole cell patch clamp, thrombin (an enzyme activating PAR 1, PAR 3 and PAR 4), TFLLR-NH2 (a specific peptide agonist for PAR 1), and trypsin (an enzyme activating PAR 2) produced a large inward current and decreased the frequency and the amplitude of the pacemaker current significantly. The normal pacemaker currents of ICC was abolished in the presence of flufenamic acid (a non-selective cation channels blocker, NSCCs), external Na+-free solution, external Ca2+-free solution and thapsigargin (a Ca2+-ATPase inhibitor of the endoplasmic reticulum), and the TFLLR-NH2 and trypsin induced tonic inward currents was blocked by flufenamic acid, external Na+-free solution and thapsigargin, but not blocked by external Ca2+-free solution. In Ca2+ confocal imaging, both TFLLR-NH2 and trypsin increased the concentration of intracellular Ca2+. These findings demonstrate that activation of either PAR 1 or PAR 2 depolarizes the membrane potential and produces a tonic inward pacemaker current in ICC. These effects are mediated through the activation of NSCCs by intracellular Ca2+ dependent mechanism.