Immunohistochemical Study on the Distribution of the Voltage-gated Ion Channels in Gerbil Cerebellum

Abstract

There is growing evidence that alterations in Ca2+ homeostasis may play a role in processes of brain aging and neurodegeneration. However, few have focused on voltage-gated Ca2+ channel (VGCC) subunits, much less on expression of other voltage-gated ion channels, i.e. voltage-gated K+(Kv) and Na+ (Nav) channels. In the present study, we have investigated the spatial patterning of VGCCs, Kv1 and Nav channels by immunohistochemistry. This study have shown clearly that the VGCCs, Kv1 and Nav channels have differential distribution in the cerebellum of gerbil, which is used as an ischemia and epilepsy animal model. Immunoreactivities for Cav2.1, Cav1.2 and Cav1.3 were observed in the cell bodies and dendritic branches of Purkinje cells. In particular, Cav1.3 immunoreactivity was most prominent in the cell bodies and dendritic arborizations. A distinct band of punctate immunoreactivity for the Cav2.1, Cav2.2, Cav1.2 and Cav1.3 were observed in cerebellar nuclei. Strong immunoreactivities for Kv1.3, Kv1.4, Kv1.5 and Kv1.6 were observed in the Purkinje cell bodies, whereas Kv1.2 immunoreactivity was found in the basket cell axon plexus and terminal regions around the Purkinje cells. In the cerebellar nuclei, Kv1.2, Kv1.4 and Kv1.6 proteins were clearly detected in the soma of cerebellar output neurons. The most intense staining for Nav1.1 was observed in the granular layer, whereas strong immunoreactivity for Nav1.2 were seen in the Purkinje cell bodies, and extended into their dendrites. The overall results have demonstrated the expression patterns of VGCCs, Kv1 and Nav channels in gerbil cerebellum. Further studies are needed to define changes in other Ca2+ channel types to determine whether any channel changes represent selective loss of specific receptors or of cell loss, and to determine whether changes in Kv and Nav channels are linked to Ca2+ channel changes.

최근 칼슘(Ca2+) 항상성의 변화가 뇌의 노화와 신경퇴행성 질환에서 어떤 역할을 할 것이라는 보고들이 증가되고 있다. 하지만, 전압의존성 Ca2+ 채널(VGCC)에 대한 연구는 별로 없을 뿐 아니라, 신경 흥분성에서 중요한 역할을 하는 다른 종류의 전압의존성 채널인 Kv 채널과 Nav 채널에 대한 연구 역시 거의 없는 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 허혈과 간질의 동물모델로 사용되는 저빌의 소뇌에서 면역조직화학을 이용하여 VGCC, Kv1 채널, Nav 채널의 분포를 관찰하였다. 실험 결과, VGCC, Kv1 채널, Nav 채널은 저빌의 소뇌에서 서로 다른 분포양상을 나타내었다. Cav2.1, Cav1.2 및 Cav1.3에 대한 염색성은 조롱박 세포의 세포체와 돌기에서 관찰되었고, 그 중에서 Cav1.3의 염색성이 가장 뚜렷하게 나타났다. 소뇌핵에서는 조롱박 세포의 축삭과 소뇌핵의 세포가 억제성 연접을 이루는 부위에서 Cav2.1, Cav2.2, Cav1.2 및 Cav1.3에 대한 염색성이 특이적인 띠모양으로 관찰되었다. Kv1 채널들은 조롱박 세포에서 분명하게 다른 정도로 발현되었으며 세포돌기에서의 발현도 차이가 있었다. 조롱박 세포의 세포체 에서 Kv1.3, Kv1.4, Kv1.5 및 Kv1.6에 대한 염색성은 강했으나, Kv1.2에 대한 염색성은 조롱박 세포 주변의 바구니 세포 축삭얼기와 끝부분에서 특히 강했다. 소뇌핵에서는 소뇌핵 신경세포의 세포체에서 Kv1.2, Kv1.4 및 Kv1.6 의 염색성이 뚜렷했다. Nav1.1의 가장 강한 염색성은 과립층에서 관찰되었고 조롱박 세포체에서는 거의 발견되지 않았다. 반면, Nav1.2은 조롱박 세포체와 돌기에서 강하게 발현되었다. 앞으로는 이러한 Ca2+ 채널의 변화가 특정 수용체나 세포의 소실을 나타내는 것인지, 또한 Kv 채널과 Na+ 채널의 변화가 Ca2+ 채널의 변화와 어떻게 연관이 되는지에 대한 더 많은 연구가 계속 진행되어야 할 것이다.