니코틴의 마우스 소뇌과립세포내 칼슘의 항상성 조절기전

Cellular Mechanism of Nicotine-mediated Intracellular Calcium Homeostasis in Primary Culture of Mouse Cerebellar Granule Cells

세포내 칼슘농도는 신경세포의 다양한 기능에 매우 중요한 역할을 하고 있다. 본 연구에서는 일차배양한 마우스 소뇌과립세포에서 니코틴성 아세틸콜린 수용체가 특정 발생단계에 발현되고 세포내 칼슘의 농도조절에 관여하는 것을 관찰하였다. 니코틴에 의한 세포내 칼슘농도의 변화는 ⁴⁵Ca²⁺나 fura-2를 사용하여 형광법으로 측정하였다. 니코틴은 마우스 소뇌과립세포내 칼슘의 농도를 최대한 증가시키는 것으로 보인다. 반면에 일차배양한 Glia 세포들에서는 ⁴⁵Ca²⁺ 농도를 증가시키지 않았다. 세포내 칼슘농도에 미치는 니코틴의 효과는 NMDA 수용체에 대한 길항제에 의하여 억제되었다. 또한 Glutamate pyruvate transminase (GPT)를 사용하여 배양액의 글루타민산을 제거하면 니코틴효과가 소실되는 것이 관찰되었다. 이러한 결과는 니코틴에 의한 세포내 칼슘농도의 변화가 세포에서 유리된 글루타민산에 의한 간접적인 효과임을 암시한다. Fura-2를 사용한 형광법으로 실험한 결과 니코틴은 two phase로 세포내 칼슘농도를 증가시키는 것을 보여주었다. NMDA 수용체 길항제와 GPT는 단지 후기 plateau상만 억제하였다. 따라서 본 연구결과는 니코틴이 직접 니코틴성 아세틸콜린 수용체를 자극하여 일시적으로 세포내 칼슘농도를 증가시키고 글루타민산을 유리하여 NMDA 수용체를 활성화시킴으로써 세포내 칼슘농도를 지속적으로 증가시키는 것으로 보여진다. 이러한 결과는 니코틴성 아세틸콜린 수용체가 특정한 발생과정에 발현되어 세포내 칼슘농도 조절에 관여함으로써 신경발생과정에서 중요한 역할을 할 수 있음을 보여주고 있다.

Intracellular calcium concentration ([Ca²⁺]_i) may play a crucial role in a variety of neuronal functions. Here we report that in primary culture of mouse cerebellar granule cells nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs) are expressed in a specific developmental stage and involved in the regulation of intracellular calcium homeostasis. Nicotine-mediated calcium responses were measured using ⁴⁵Ca²⁺ or fluorometrically using the calcium-sensitive fluorescent dye fura-2. Maximal uptake of ⁴⁵Ca²⁺ evoked by nicotine in mouse cerebellar granule cells were revealed 8 ~ 12 days in culture. In contrast, nicotine did not alter the basal ⁴⁵Ca²⁺ uptake in cultured glial cells. In cerebellar granule cells nicotine-evoked ⁴⁵Ca²⁺ uptake was largely blocked by the NMDA receptor antagonists. Glutamate pyruvate transaminase (GPT). which removes endogenous glutamate, also prevented nicotine effects, implying the indirect involvement of glutamate in nicotine-mediated calcium responses. Fluorometric studies using fura-2 showed two phases of nicotine-evoked [Ca²⁺]_i rises: the initial rising phase and the later plateau phase. Interestingly, the NMDA receptor antagonists and GPT appeared to inhibit only the later plateau phase of nicotine-evoked [Ca²⁺]_i rises. The present results imply that nicotine mediated ⁴⁵Ca²⁺ uptake and [Ca²⁺]_i rises are attributed to the calcium fluxes through both nAchRs and NMDA receptors in a time-dependent manner. Consequently, nAChRs may play an important role in neuronal development by being expressed in a specific developmental stage and regulating the intracellular calcium homeostasis.