쥐 해마 CA3 피라미드 세포에서 자극에 의한 내재적 흥분성 강화 기전

Thesis(masters) --서울대학교 대학원 :의학과,2010.2.Maste

Rates and pathways of anaerobic microbial respiration measured at unvegetated and vegetated intertidal mudflat: relative significance of sulfate reduction

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CA3 피라미드 세포에서 태상섬유 입력에 의해 유도되는 이형시냅스간 가소성의 세포기전과 인지기능에서의 역할

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 의과학과 생리학전공, 2015. 8. 이석호.The intrinsic excitability of neurons plays a critical role in the encoding of memory at Hebbian synapses and in the coupling of synaptic inputs to spike generation. It has not been studied whether somatic firing at physiologically relevant frequency can induce intrinsic plasticity in hippocampal CA3 pyramidal cells (CA3-PCs). A conditioning train of 20 action potentials (APs) at 10 Hz causes a persistent reduction in the input conductance and an acceleration of the AP onset time in CA3-PCs, but not in CA1-PCs. Induction of such long-term potentiation of intrinsic excitability (LTP-IE) was accompanied by a reduction in the D-type K+ current, and was abolished by the inhibition of endocytosis or protein tyrosine kinase (PTK). Consistently, the CA3-PCs from Kv1.2 (gene name, Kcna2) knock-out mice displayed no LTP-IE with the same conditioning. Furthermore, the induction of LTP-IE depended on the back-propagating APs (bAPs) and intact distal apical dendrites. These results indicate that LTP-IE is mediated by the internalization of Kv1.2 channels from the distal regions of apical dendrites, which is triggered by bAP-induced dendritic Ca2+ signaling and the consequent activation of PTK. It has been postulated that hippocampal mossy fiber (MF) inputs constrain the CA3 network to sparsely represent direct cortical inputs and thus subserve pattern separation. However, the cellular mechanism underlying this hypothesis remains elusive. Here, I show that a short tetanic stimulation of afferent MFs induces long-term potentiation (LTP) of perforant path (PP)-evoked excitatory postsynaptic potentials (PP-EPSPs) in CA3-PCs. I demonstrate that the downregulation of Kv1.2 mediates MF input-induced heterosynaptic LTP of PP-EPSPs but had little effect on recurrent synaptic inputs, because surface expression of Kv1.2 is polarized to distal apical dendrites. Rapid pattern separation was impaired in Kcna2-haploinsufficient mice, in which CA3-PCs lacked the heterosynaptic LTP, suggesting that Kv1.2 plays an essential role in pattern separation.CONTENTS Abstract……………………………………………………………………....i Contents ………………………………………………………….………....iii List of Table ….……………………………………………………………...v List of Figures …..…………………………………………………………vii List of Abbreviation………………………………………………………….x General Introduction………………………………………………...……….1 Chapter 1 ……………………………………………………………………6 Activity-dependent downregulation of D-type K+ channel subunit Kv1.2 in rat hippocampal CA3 pyramidal neurons Introduction ..…………..…………..………………………….....7 Materials and Methods …………………………………………10 Results ...………………………………………………………..18 Discussion ……………………………………………………....63 Chapter 2 …………………………………………………………………..70 Bursting mossy fiber inputs prime postsynaptic CA3 pyramidal cells for memory formation at perforant path synapses by downregulation of Kv1.2 Introduction .…………..…………..………………………..….71 Materials and Methods ………………………………………....74 Results ...……………………………………………………..…87 Discussion …………………………………………………..…132 General Discussion………………………………………..………………138 References………………………………………………..……….............143 국문초록………………………………………………..………………...155Docto

Increase of the sediment-water interface due to the complex burrows of tidal flat macrofauna

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Self-purification Mechanisms in Natural Environments of Korea: I. A Preliminary Study on the Behavior of Organic/Inorganic Elements in Tidal Flats and Rice Fields

우리나라 갯벌과 농지내 유 ⋅ 무기 원소의 거동을 이해하기 위해 제한된 환경의 실험실 수조에서 예비실험을 수행하였다. 총 6개의 아크릴 투명 수조에 갯벌 퇴적물 3종 SW1&2(anoxic, silty mud), SW3&4(anoxic, mud), SW5&6(suboxic, mud)과 농지 토양 3종 FW1&2(벼 포기 포함), FW3&4(벼 포기 제외), FW5&6(간척 농지,펴 포기 제외)을 채운 후 오염물질(구리, 비소, 카드뮴, 크롬, 납, 수은, Glucose+Glutamic acid)이 주입된 해수와 담수를 각각 SW 및 FW수조에 넣고, 2주일에 걸쳐 상층수 및 표층 퇴적물/토양을 채취 ⋅ 분석하였다. 분석 결과 FW와 SW상층수 중 질산염 이온의 농도는 각각 700 ∼ 800 μ M, 2 ∼ 5 μ M로 FW에서 현저히 높았고, 인산염 이온의 농도는 각각 3 ∼ 4 μ M, 1 ∼ 2 μ M(SW1 제외)로 FW에서 약간 높았다. 특이하게 SW1에서 인산염 이온은 시간이 지남에 따라 수 십 μ M에 이르는 높은 농도로 증가하였다. 한편, 표층 퇴적물/토양 중 박테리아 세포 수는 FW1&3에서 평균 2.5 × 10 9 cells/g dry sediment으로 SW의 평균 3.0 × 10 8 cells/g dry sediment 보다 약 10배가 높았다. FW5 토양 중 박테리아 세포 수(3.5 × 10 8 cells/g dry sediment)는 SW 퇴적물 중 숫자와 유사하였다. SW 퇴적물 중 MUF-Phosphate 활성도는 100-200 nM/ml/hr이지만 FW5&6을 제외한 FW 토양에서는 약 2,000 nM/ml/hr로 현저히 크게 나타났다. β -D-Cellobiose, α -D-Glucose, 그리고 β -D-Glucos의 활성도 또한 FW 퇴적물에서 큰 값을 보였다. 그러나 FW5&6 토양 중 효소활성도는 SW 퇴적물에서의 값과 유사했다. 수조 상층수 중 Cu, Cd, As 농도는 모든 FW, SW수조에서 시간이 지남에 따라 일관성 있게 감소하였고, 제거속도는 Cu가 다른 원소에 비해 빨랐다. 제거속도는 FW 3개 수조 중 FW5&6에서 세 원소 모두 가장 느렸고, SW 3개 수조 중에서는 SW1&2에서 가장 빨랐다. SW와 FW간 제거속도 차이는 세 원소 모두 명확치 않았다 Cr은 FW에서 전반적으로 감소하는 경향을 보였지만 SW에서는 실험 초기에 감소하다 24시간 이후에는 증가 후 일정한 양상을 보였다. Pb은 FW에서 전반적으로 감소했지만 SW에서는 초기에 급격히 증가 후 다시 급격히 감소하는 양상을 보였다 Pb 또한 Cu, Cd, As와 마찬가지로 SW1&2에서 제거속도가 가장 빠르게 나타났다. FW 상층수 중 Hg는 시간에 따라 급격히 감소했고, 제거속도는 Fw5&6에서 가장 느렸다. 이러한 결과에 근거할 때 벼가 자라고 있고 이분해성 유기물이 풍부한 FW1&2, FW3&4 토양과 상층수에서는 유기물의 분해 활동이 활발하였지만, 벼가 경작되지 않는 FW5&6과 SW 에서는 유기물이 상대적으로 결핍되어 유기물의 분해활동이 적었을 것으로 판단된다. 한편, 수조에 인위적으로 유기물을 첨가한 경우 박테리아 세포수는 SW1에서 164시간 동안 4배 증가하였으나 SW3과 SW5에서는 각각 2.7배, 1.5배 그리고 FW1&3&5의 경우 각각 약 2배, 1.7배, 0.6배 정도만 증가하였다. Cu, Cd, As등 친 유기성 원소들의 시간에 따른 농도 감소 그리고 이들 원소(Hg 포함) 농도 감소 속도가 유기물이 적은 FW5&6에서 상대적으로 느리게 나타난 결과 등은 이들 금속들이 부유 입자 표면의 유기물과 결합 ⋅ 침적되어 퇴적물로 제거되었기 때문에 나타난 결과로 생각된다. 한편, SW1&2에서 이들 원소의 제거 속도가 빨랐고 인산염 이온의 농도가크게 증가했던 원인은 SW3&4에 비해 상대적으로 공극이 큰 퇴적물로 채워진 SW1&2 퇴적물의 공극수 중 황화수소, 인산염 이온 등이 퇴적물 상층수로 쉽게 확산 ⋅ 공급되었고, 그 결과 Cu, Cd, As 등 금속 이온이 황화수소 이온과 결합 ⋅ 제거된 까닭으로 생각된다. 종합적으로 수조 상층수중 유 ⋅ 무기 원소의 거동은 주로 입자 표면의 유기물과 퇴적물/토양에서 공급된 황화물에 의해 조절된 것으로 생각된다. Organic and inorganic characteristics including bacterial cell number, enzyme activity, nutrients, and heavy metals have been monitored in twelve acrylic experimental tanks for two weeks to estimate and compare self-purification capacities in two Korean wet-land environments, tidal flat and rice field, which are possibly different with the environments in other countries because of their own climatic conditions. FW tanks, filled with rice field soils and fresh water, consist of FW1&2 (with paddy), FW3&4 (without paddy), and FW5&6 (newly reclaimed, without paddy). SW tanks, filled with tidal flat sediments and salt water, are SW1&2 (with anoxic silty mud), SW3&4 (anoxic mud), and SW5&6 (suboxic mud). Contaminated solution, which is formulated with the salts of Cu, Cd, As, Cr, Pb, Hg, and glucose+glutamic acid, was spiked into the supernatent waters in the tanks. Nitrate concentrations in supernatent waters as well as bacterial cell numbers and enzyme activities of soils in the FW tanks (except FW5&6) are clearly higher than those in the SW tanks. Phosphate concentrations in the SW1 tank increase highly with time compared to those in the other SW tanks. Removal rates of Cu, Cd, and As in supematent waters of the FW5&6 tanks are most slow in the FW tanks, while the rates in SW1&2 are most fast in the SW tanks. The rate for Pb in the SW1&2 tanks is most fast in the SW tanks, and the rate for Hg in the FW5&6 tanks is most slow in the FW tanks. Cr concentrations decrease generally with time in the FW tanks. In the SW tanks, however, the Cr concentrations decrease rapidly at first, then increase, and then remain nearly constant. These results imply that labile organic materials are depleted in the FW5&6 tanks compared to the FW1&2 and FW3&4 tanks. Removal of Cu, Cd, As from the supernatent waters as well as slow removal rates of the elements (including Hg) are likely due to th33Nkciothe

Rates of Anaerobic Carbon Mineralization and Sulfate Reduction in Association with Bioturbation in the Intertidal Mudflat of Ganghwa, Korea

본 연구에서는 강화도 남단 갯벌에서 혐기성 유기물 분해능과 황산염 환원력을 정량화하고 유기물 분해에 있어 황산염 환원의 상대적 중요성에 미치는 저서 동물의 잠재적 영향에 대해 토의하고자 하였다. 혐기성 유기물 분해능 은 26~85 mmol C m-2 d-1의 범위로 조사되었고, 이를 강화도 남단의 갯벌 면적(약 90 km2)으로 환산하면 하루 동 안 약 46 ton의 유기물이 분해되는 것이라 할 수 있다. 황산염 환원력은 22.6~533.4 nmol cm-3 d-1의 범위로 조사 되었으며, 전체 혐기성 유기물 분해의 31~129%를 차지하는 것으로 나타났다. 이는 연구지역에서의 혐기성 유기물 분해가 황산염 환원에 의해 주도되고 있음을 의미한다. 한편, 10월에 혐기성 유기물 분해에서 황산염 환원이 차지 하는 비중이 상대적으로 낮게 나타난 반면, 공극수 내 Fe(II)의 농도가 증가한 것으로 나타났다. 이러한 결과들은 대 형 저서 동물 활동에 의해 Fe(II)의 재산화가 촉진됨으로써 공극수 내 Fe(III)의 공급이 원활해졌고, 그로 인해 유기 물 분해과정에서 철 환원 작용이 황산염 환원 작용을 약화시켰음을 의미한다. This study was carried out to quantify the rates of anaerobic mineralization and sulfate reduction, and to discuss the potential effects of benthic fauna on sulfate reduction in total anaerobic carbon respiration in Ganghwa intertidal flat in Korea. Anaerobic carbon mineralization rates ranged from 26 to 85 mmol C m-2 d-1, which accounted for approximately 46 tons of daily organic matter mineralization in the intertidal flat of southern part of the Ganghwa Island (approximately 90km2). Sulfate reduction ranged from 22.6 to 533.4 nmol cm-3 d-1, and were responsible for 31~129% of total anaerobic carbon oxidation, which indicated that sulfate reduction was a dominant pathway for anaerobic carbon oxidation in the study area. On the other hand, the partitioning of sulfate reduction in anaerobic carbon mineralization in October decreased, whereas concentrations of Fe(II) in the pore water increased. The results implied that the re-oxidation of Fe(II) in the sediments is stimulated by macrobenthic activity, leading to an increased supply of reactive Fe(II), and thereby increasing Fe(III) reduction to depress sulfate reduction during carbon oxidation.33Nkciothe

Effect of vegetation on the anaerobic microbial mineralization, sulfate reduction and microbial community structure in the intertidal mudflat in Ganghwa Island

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Community structure and diversity of culturable Fe(III)- and sulfate reducing bacteria in subtidal Arctic sediment

북극 조하대 퇴적물에서 배양 가능한 철 환원 세균과 황산염 환원 세균의 군집구조 및 다양성 연구2

Rapid organic carbon oxidation by sulfate- and Fe(III) reduction coupled to enhanced bacterial diversity in vegetated intertidal mud flats of the Ganghwa

The objective of this study was to elucidate microbial community structure associated with the sulfate- and Fe(III) reduction in an unvegetated mud flat (UMF) and a vegetated mud flat (VMF) of the Ganghwa intertidal sediments, Korea. Sulfate- and Fe(III) reduction together comprised 105% and 72% of C oxidation at the UMF and VMF, respectively. Depth-integrated sulfate reduction rates at the VMF (63 mmol m-2d-1) were 3.5 times higher than at the UMF (18 mmol m-2d-1), and dissimilatory Fe(III) reduction rates were 5 times higher at the VMF (507 mmol m-2d-1) than at the UMF (103 mmol m-2d-1). Cloning and sequencing of 16S rRNA gene sequences retrieved in clone libraries from 0-1 cm and 5-6 cm depth (rhizosphere) intervals revealed that clones related to δ-Proteobacteria, including major groups of the sulfate- and Fe(III) reducing bacteria, comprised the largest fraction (25%). Diverse phylotypes related to sulfate-reducing bacteria (Desulfobacterium, Desulfobulbus, and Desulfosarcina) were retrieved from the VMF rhizosphere, whereas only a single Desulfobacterium clone type was observed at a comparable depth (5-6 cm) at UMF. In addition, clone sequences affiliated with Fe(III)/So reducing bacteria (Desulfuromonas/Pelobacter) comprised a large percentage (56.2%; 18 among 32 clones) of the clone library from the VMF rhizosphere. Overall results indicated that dense vegetation supplies organic C substrates and electron acceptors to the rhizosphere, thereby supporting enhanced C respiration by diverse groups of sulfate- and Fe(III) reducing bacteria at the VMF.2

Complex burrow system of the mud shrimp Laomedia astacina and Oxygen and Nutrient behavior in its burrow

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