생쥐의 대뇌 피질 신경 세포에서의 GABA_(A) 수용체에 대한 sulfasalazine의 영향

Abstract

GABA, a well-known inhibitory neurotransmitter in CNS, plays an important role on neural transmission through a variety of mechanisms via ionotropic or metabotropic GABA receptors (GABARs). Since aspirin, widely used in alleviating pain clinically, was synthesized, nonsteroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) which work similarly to aspirin have been used as antiseptic, antipyretic and anti-rheumatic drugs. Sulfasalazine (SULFA), one of well-known NSAIDs for anti-inflammation as a conjugate of 5-aminosalicylic acid and sulfapyridine, has been recently reported for a neuroprotectant in CNS as well as an antagonist of NMDA receptor (NMDAR). Interestingly, however, in our previous study SULFA did not show any significant effect on electrical activities on neural networks in which NMDARs involve. One possible explanation for this unexpected result is on a dual function of SULFA, a reduction of NMDARs as well as GABARs. Actually NSAIDs have been reported to affect on GABA systems in CNS either directly or indirectly. Accordingly, I have examined any effect of SULFA on GABAAR in mouse cortical neurons using whole-cell and single-channel patch recordings. Sulfasalazine reduced GABAAresponses in a concentration-dependent manner. Such a SULFA action was dependent on agonist concentration in an uncompetitive way as well as dependent on membrane potential, suggesting its possible role as an open channel blocker. However, use-dependency, a character of open channel blocker, was not observed. In order to investigate molecular mechanisms of this antagonism, I analyzed kinetics of SULFA action. SULFA appeared to decrease desensitization of GABA responses with no significant change in activation and deactivation kinetics. It was not sufficient to explain the dramatic reduction of GABA by SULFA, so that the action of SULFA on GABA was examined at single-channel levels. Without altering single-channel conductance of GABARs, SULFA remarkably reduced their channel open probability by decreasing channel-opening frequency but not mean open time.;중추신경계에서 대표적인 억제성 신경전달물질로 알려진 γ-aminobutyric acid (GABA)는 ionotropic GABAA 수용체와 metabotropic GABAB 수용체에 작용하여 다양한 메커니즘으로 억제 기능을 담당하고 있는 것으로 알려져 있다. 한편 현재까지 임상적으로 진통제로써 널리 사용되고 있는 약물인 아스피린이 합성된 이후 그와 비슷한 기능의 약물들인 비스테로이드계 항염제 (nonsteriodal anti-inflammatory drug, NSAID)가 합성되어 소독제, 해열제, 항류머티즘제로 사용되어왔다. 항염증성 약물로 널리 쓰이고 있는 점에서 대표적인 NSAID로 볼 수 있는 5-aminoslicylic acid와 sulfapyridine의 합성물질인 sulfasalazine (SULFA)은 최근 신경계에서 신경세포를 보호하는 기능들이 보고되었다. 그리고 SULFA는 최근 NMDA 수용체에 대한 길항제로서도 보고 되었는데 신경 조직 수준의 circuit 상황에서는 그와 같은 길항제로서 뚜렷한 기능을 하지 못하는 것이 관찰되었다. 그렇다면 NMDA 수용체와 반대로 억제작용에 기여하는 것으로 알려진 GABAA 수용체에 SULFA가 영향을 주어서 이와 같은 현상을 보인 것은 아닌가 하는 의문이 제기될 수 있다. 더불어 NSAID 약물들이 신경계에서의 GABA 체계에서 직?간접적으로 영향을 줄 수 있다는 결과도 보고되었다. 이와 같은 배경에 근거하여 본 실험에서는 생쥐의 대뇌피질 신경세포에서의 GABAA 수용체에 대한 SULFA의 영향을 대표적인 전기생리학적 기법인 whole-cell patch와 single-channel 기록관찰 기법을 이용하여 관찰했다. 본 연구에 의해 밝혀진 바에 따르면 SULFA는 GABAA 수용체의 활성을 가역적으로 감소시켰는데 이는 농도에 의존적이었고, 작용물질인 GABA의 농도가 높아질수록 길항작용의 정도가 증가되는 경향을 보였다 (불경쟁적인 경향; uncompetitive manner). 그리고 SULFA는 신경세포의 막전위에 의존적으로 GABAA 수용체에 대한 전류반응을 감소시켰으며 (전압 의존성; voltage-dependence), GABA의 반복되는 사용에 따라 SULFA의 길항효과는 크게 변화하지 않았다 (반복 활성에의 비의존성; use-independence). 이와 같은 길항 작용의 분자적인 메커니즘을 알아보기 위해 GABA에 의해 발생한 전류반응의 kinetics를 분석해 본 결과 SULFA가 전류반응의 활성화와 비활성화 속도에는 영향을 주지 않고 탈감현상의 속도를 감소시키는 경향을 확인했다. 그러나 이것만으로는 SULFA의 GABAA 수용체에 대한 길항작용을 설명하기에 어려움이 있으므로 단일 채널 수준에서의 GABAA 수용체의 반응에 대한 SULFA의 작용을 살펴보았다. SULFA의 길항작용은 단위 채널 전도도나 채널이 열리는 시간에는 영향을 주지 않으면서, 채널이 열리는 빈도수를 크게 줄임으로써 개방 확률을 현저하게 감소시키는 메커니즘을 통해 이루어지는 것으로 관찰되었다. 위와 같은 결과를 통해 SULFA는 단일 세포 수준에서 GABAA 수용체의 활성을 저해시키는 길항제로서 작용함을 확인할 수 있었다.