Identification of Chloride Channels in Hamster Eggs

햄스터 난자에서 존재하는 Chloride 통로

Chloride($Cl^-$) channels play critical roles in cell homeostasis and its specific functions such as volume regulation, differentiation, secretion, and membrane stabilization. The presence of these channels have been reported in all kinds of cells and even in frog oocytes. These essential role of $Cl^-$­ channels in cell homeostasis possibly play any role in egg homeostasis and in the early stage of development, however, there has been no report about the presence of $Cl^-$­ channel in the mammalian oocyte. This study was performed to elucidate the presence of $Cl^-$­ channels in hamster eggs. When allowing only $Cl^-$­ to pass through the channel of the egg membrane by using impermeant cation such as N-methyl-D-glucamine(NMDG), single channel currents were recorded. These channel currents showed typical long-lasted openings interrupted by rapid flickering. Mean open $time({\tau}o)$ was 43${\pm}$10.14 ms(n=9, at 50 mV). The open probability(Po) was decrease with depolarization. The current-voltage relation showed outward rectification. Outward slop conductance(32${\pm}$5.4 pS, n=22) was steeper than the inward slop conductance(10${\pm}$1.3 pS). Under the condition of symmetrical 140 mM NaCl, single channel currents were reversed at 0 mV(n=4). This reversal potential(Erev) was shifted from 0 mV at 140 mM concentration of internal NaCl(140 mM [Na+]i) to ­9.8${\pm}$0.5 mV(n=4) at 70 mM [Na+]i and 11.5${\pm}$1.9 mV at 280 mM [Na+]i(n=4) respectively, strongly suggesting that these are single $Cl^-$­ channel currents. To examine further whether this channel has pharmacological property of the $Cl^-$­ channel, specific Cl­ channel blockers, IAA-94(Indanyloxyacetic acid-94) and DIDS(4, 4'-diisothiocyan ostillben- 2-2'disulfonic acid) were applied. IAA-94 inhibited the channel current in a dose-dependent manner and revealed a rapid and flickering block. From these electrophysiological and pharmacological resluts, we found the novel $Cl^-$­ channel present in the hamster oocyte membrane. The first identification of $Cl^-$­ channel in the hamster oocyte may give a clue for the further study on the function of $Cl^-$­ channel in the fertilization and cell differentiation.

본 연구는 포유류인 $Cl^-$통로의 존재 여부를 확인하기 위하여 수행되었다. $Cl^-$통로는 비흥분성 세포에서 용적변화와 pH 조절, 이온운반계 등에 중요한 역할을 수행하므로 활발한 세포분화가 이루어지는 난자의 생존과 기능에 필수적 $Cl^-$통로 존재 여부를 확인하고자 하였다. 단일통로 전류를 기록하는 patch clamp 기법을 이용하였다. 세포외(pipette) 용액을 140 mM NaCl로 하고 세포내(bath) 용액을 70 mM, 140 mM, 280 mM NaCl로 바꾸어 주었을 때, 역전압($E_{rev}$) 은 $Cl^-$평형전압을 반영하는 -9.8${\pm}$0.5mV, 0mV, 11.5${\pm}$0.2mV로 변화하였다(n=4). 이런 결과는 이론치와 약간의 편차를 보이고 있으므로 이를 보정하기 위항 Goldman-Hodgkin-Katz(GHK) 식을 이용한 결과 $Cl^-$에 대한 $Na^+$의 투과성 ($P_{Na}$/$P_{Cl}$/)은 0.25로 추측할 수 있었다. Inside out patch mode에서 Pipette 용액과 bath 용액에 imperment인 NMDG-Cl로 구성하였을 경우 단일 통로가 기록되었다.(n=22). 막전압이 증가함에 따라 전도도(conductance)가 같이 증가하였으며 전류-전압 관계는 outward rectification을 보였다. 이런 특성을 나타내는 단일통로로 전류는 선택적 $Cl^-$통로 차단제인 IAA-94(indanyloxyacetic acid 94)에 의해 농도 의존적으로 차단되었으며 가역적으로 회복되었다. IAA의 $IC_{50}$은 32.6$\mu\textrm{M}$이었다. DIDS(4,4'-diisothiocyan ostillben-2-2'disulfonic acid)에 의해서는 전류크기가 감소 되는 빠른 억제기전을 나타내는 차단효과를 보였으며 시간경과에 따라 seblevel로 감소되는 subconductance block 이 나타났다. 이상의 결과는 햄스터 난자에서 chloride 통로가 존재하여, 물질이동과 pH 조절기능을 나타내는 외향성 전류-전압관계를 보이는 $Cl^-$ 통로의 성상으로 미루어 볼 때 난자의 pH 조절과 용적조절과 같은 생리적 환경 조성에 관여할 것으로 추정된다.