Bicuculline은 전기생리학 연구 분야에서 가장 일반적으로 사용되는 $GABA_A$ 수용체 길항제중 하나다. 물에 잘 녹지 않는 특성 때문에 실험적으로는 bicuculline methiodide (BMI)와 같은 4차암염(quaternary ammonium salts)의 형태로 주로 제작되어 이용되고 있다. 그러나 다수의 연구에서 BMI가 비 $GABA_A$ 수용체 매개 반응이 알려졌다. 삼차신경 척수로핵 미측소핵 아교질은 유해자극 과정과 연관이 있는 것으로 알려져 있으나, 아교질 신경세포에서 BMI의 비 GABAergic 활성에 대해서는 거의 알려지지 않았다. 본 연구는 whole cell patch clamp 방법을 이용하여 마우스 삼차신경 척수로핵 미측소핵의 아교질 신경세포에서 전류고정법(current clamp)과 전압고정법(voltage clamp)을 통해 BMI가 막전압 변화 및 세포막 전류의 변화에 미치는 영향을 조사하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 첫째, 삼차신경 미측소핵 아교질 신경세포에서 BMI는 세포막 탈분극을 유발하였다. 둘째, BMI에 의한 효과가 $GABA_A$ 수용체에 매개하지 않는다는 결과들이 도출 되었다. 셋째, BMI에 의해 유발된 세포막 탈분극은 PIC와 CNQX, AP-5, strychinine과 TTX을 포함하고 있는 길항제 혼합물의 존재하는 조건에서도 지속적으로 유지되었다. 그리고, BMI에 의해 유도되는 탈분극의 반응이 fBIC의 다른 유도체이며 GABA 수용체 억제제로서 알려져 있는 BMB 또는 BMC에서도 나타나는지 확인해 보는 실험 결과 BMI는 막전류의 내향성 전류를 유도하지만, fBIC의 다른 유도체인, BMB와 BMC는 외향성 전류를 유도하였다. 이상의 결과들을 종합해 보면 마우스 삼차신경 척수로핵 미측소핵 아교질 신경세포에서 Bicuculline Methiodide (BMI)는 free base bicuculline (fBIC)과는 달리 $GABA_A$ 수용체를 매개하지 않고 막 탈분극을 유발한다는 확실한 결론에 도달했다. 또한, 이 결과는 BMI의 작용기전이 fBIC의 활동기전과 다를 수 있음을 의미하며 이와 같이 fBIC와 BMI의 다른 반응을 보이는 것은 다름 아닌 fBIC에 결합된 $I^-$ 에 의한 특이적 반응과 관련된 기전이 있을것이라는 제안을 해 볼 수 있다. 이러한 제안은 GABA 수용체의 길항제로 알려진 BMB나 BMC의 경우는 BMI와는 다르게 외향성 전류가 기록된 결과를 통해 BMB, BMC와 다르게 BMI에는 fBIC에 $I^-$를 붙여서 사용을 한 결과에 의해 뒷받침이 된다. 앞으로의 연구에서는 삼차신경 척수로핵 미측소핵 아교질 신경세포에서 BMI에 의해 유도된 세포막 탈분극의 세부 기전에 대한 증명이 필요할 것으로 보인다. 이 세부 기전이 밝혀지게 되면 작용기전과 관련해서 $I^-$의 역할이 밝혀지게 될 것이며, 이는 향후 $I^-$를 활용한 다양한 전기생리학적 연구와 임상적인 활용을 보다 확대시키는 결과로 이어 지리라 기대해 본다.
Bicuculline is one of the most commonly used type A gamma aminobutyric acid ($GABA_A$) receptor antagonists in electrophysiological research. Because of its poor water solubility, bicuculline quaternary ammonium salts such as bicuculline methiodide (BMI) and bicuculline methbromide (BMB) are preferred. However, a number of studies have shown that BMI has non-$GABA_A$ receptor mediated effects. The substantia gelatinosa (SG) of the trigeminal subnucleus caudalis (Vc) is implicated in the processing of nociceptive signaling. However, little is known about non-GABAergic action of BMI on the SG neurons of Vc in mice. This study investigated whether BMI has a non-GABA receptor mediated activity on SG neurons of Vc in mice using a whole cell patch clamp technique. The majority of SG neurons tested were depolarized by application of BMI ($20;{mu}M$) in condition of a high $Cl^-$ pipette solution (n=36/54, 66.7%). GABA ($30-100;{mu}M$) also induced membrane depolarization of SG neuron. Although BMI is known to be a $GABA_A$ receptor antagonist, GABA-induced membrane depolarization was enhanced by co-application with BMI. However, free base bicuculline (fBIC) and picrotoxin (PIC), a $GABA_A$ and $GABA_C$ receptor antagonist, blocked the GABA-induced response. Furthermore, BMI-induced membrane depolarization persisted in the presence of PIC or an antagonist mixture consisting of tetrodotoxin (TTX, $Na^+$ channel blocker), AP-5 (NMDA receptor antagonist), CNQX (non-NMDA glutamate receptor antagonist), and strychnine (glycine receptor antagonist). In addition, BMI induced inward current in voltage clamp mode, however BMB (bicuculline methbromide) and BMC (bicuculline methchloride), another water-soluble derivative of bicuculline are induced outward currents on SG neurons of Vc in mice at dose dependent manner. These data demonstrate that BMI has non-$GABA_A$ receptor mediated action and suggest that the non-$GABA_A$ receptor mediated action can be mediated by iodide. Further studies are needed to investigate the precise action mechanism underlying the BMI-induced non-$GABA_A$ receptor mediated action on the SG neurons of Vc in mice.
