섬유아세포의 IKca채널에 작용하는 모다피닐의 억제효과 및 기전 연구

Abstract

Modafinil(MDF, d1-2-[(diphenylmethyl)sulfinyl]acetamide) is used to treat narcolepsy, shift work sleep disorder, Parkinson’s disease and attention deficit hyperactive disorder (ADHD). However the mechanism of modafinil does not clearly defined its role. In this study, we report the identification of modafinil, a known psychostimulant drug, as a novel inhibitor of the IKCa channel. In whole-cell patch clamp analysis, a short-term treatment of modafinil significantly suppressed the IKCa channel currents in NIH-3T3 cells. The IKCa channel current, which was activated by increasing [Ca2+]i, was decreased by modafinil. A concentration-response curve of IKCa channel currents from the effect of modafinil showed that inhibition did not change EC50. In inside-out patches, modafinil had no effect on channel activity and IKCa channel currents with or without modafinil had almost same values under membrane voltage control. PI(3)P –induced IKCa currents was inhibited by 100 nM modafinil and it means that modafinil had no effect on PI(3)P concentration. Treatment with PKI14-22, a protein kinase inhibitor, prevented FSK and modafinil-induced inhibition of IKca channel currents. These results suggest that modafinil had no direct effect on IKCa channel currents and the mechanism of modainil is not related to the cytosolic Ca2+ or PI(3)P concentration. Modafinil decreased IKCa channel activity while increasing PKA phosphorylation. ;모다피닐 (Modafinil, d1-2-[(diphenylmethyl)sulfinyl]acetamide)은 각성효과를 가지고 있는 흥분제 (각성제)로서 기면증과 같은 수면장애 질병을 포함하여 파킨슨 병 (Tyne et al., 2010), ADHD (Amiri et al., 2008)등에서 치료제로 사용되고 있다. 모다피닐의 작용효과에 대하여 도파민이나 노르에피네프린의 수용체, GABA 채널, cytochome P450 등을 대상으로 다양한 연구가 진행되고 있지만 모다피닐의 작용기전은 명확하게 밝혀지지 않았다. Intermediate-conductance Ca2+ -activated K channel (IKCa, KCa3.1, SK4) 은 활성화가 되었을 때 세포막이 과분극 (hyperpolarization)상태가 되고 Ca2+이 세포 밖으로 유출된다. 또한 세포막이 K+의 평형전위에 가까워 질 수 있도록 음수 값으로 유지하는데 중요한 역 할을 하며 세포의 유사분열 (mitogenesis)과 증식 (poroliferation)을 증가시키는 역할을 하는 것으로 알려져 있다. IKCa 채널의 활성에 영향을 주는 요인으로 세포내의 Ca2+과 ATP, PI(3)P, 단백질 키나아제 등에 의한 인산화 작용이 있으며 활성화시키는 약물에는 1-EBIO, NS309가 있고 약리적 억제제로는 TRAM-34, clotrimazole 등이 존재한다. 모다피닐이 KCa 채널에 미치는 영향에 관하여 연구된 바가 없으므로 본 연구에서 는 모다피닐에 의한 IKCa 채널의 유도반응과 작용기전을 확인하고 약리학적으로 새로 운 효과제로서의 가능성을 확인하고자 하였다. 섬유아세포에 존재하는 IKCa 채널은 활성제 1-EBIO와 억제제 TRAM-34를 사용하여 확인할 수 있었고 세포 밖에서 모다피닐을 1-100 nM 투여하였을 때 IKCa 채널의 전류가 억제하는 것을 확인할 수 있었다. IKCa 채널의 억제작용기전을 확인하기 위해 IKCa 채널의 활성을 유도시키는 요인 들에 작용하는 모다피닐의 효과를 확인하였다. 세포내 Ca2+의 농도는 모다피닐에 의해 변하지 않는 것을 확인하였고 섬유아세포의 inside-out patch에서 IKCa 단일 채널의 전류는 세포 안쪽으로 투여된 모다피닐에 의해 억제반응이 유도되지 않았다. 세포내 PI(3)P (Phosphatidylinositol 3-phosphate)에 의해 IKCa 채널의 활성이 유지되는 상태에서 모다피닐 100 nM 을 투여하였을 때 IKCa 채널의 전류가 억제되었다. 이를 통하여 PI(3)P의 조절 기전은 모다피닐의 영향을 받지 않는 것을 알 수 있었다. IKCa 채널의 전류가 protein kinase A (PKA) 활성제인 forskolin (FSK)을 처리했을 때 억제작용을 보였으므로 IKCa 채널의 억제작용이 PKA 인산화 작용에 의해 증가된다는 것을 알 수 있었다. IKCa 채널의 PKA 인산화 작용에 미치는 모다피닐의 효과를 알아보기 위하여 세포 안쪽에 protein kinase inhibitor (PKI14-22)를 주입한 상태에서 모다피닐을 투여한 결과 IKCa 채널의 전류가 감소하지 않는 것을 확인하였다. 이러한 결과는 모다피닐이 IKca 채널에 작용하는 기전과 PKA에 의한 인산화 작용의 기전이 공통된 경로를 통하여 IKCa 채널을 억제할 수 있다는 가능성을 의미하 며 모다피닐이 IKCa 채널의 약리적 억제제로서 기능할 수 있음을 보여준다