Functional Roles of the Sodium Pump in Clock Neuorns of the Rat Suprachiasmatic Nucleus

視叉上核(suprachiasmatic nucleus; SCN)是哺乳動物的主控生物時鐘，負責協調周邊震盪器來控制生化、生理與行為的日夜節律表現。這些時鐘神經元的活性會隨時間而變，其電位發射頻率與細胞內鈣離子濃度有日夜節律。其代謝活性如葡萄糖的吸收與ATP 濃度也有節律性。由於其電活性的日夜差異，不難想像鈉離子與鉀離子梯度消散的程度也會有節律性，因此鈉鉀幫浦活性也可能會隨之而變，以因應日夜不同的離子環境變化。的確，我們在小塊SCN 切片實驗中發現，SCN 神經元的幫浦活性與電活性有著日夜節律性，兩者都是日高夜低。尤其是幫浦活性與電活性的同步變化，完全符合鈉鉀幫浦的代謝角色，也可能因此可以成為代謝節律與電活性節律的中介者。我們雖不清楚電活性節律與代謝節律之間的真正關係，不過，幫浦活性似乎與電活性緊密連結在一起。其一，幫浦活性會大大影響SCN 神經元的發射頻率，這可由我們先前實驗得知：利用strophanthidin 或無鉀液阻斷鈉鉀幫浦活性時，發射頻率會大大增加。其二，電活性似也會影響幫浦活性，這也可由我們先前實驗得知：從無鉀液洗回時發射頻率會大受抑制。由於無鉀液會抑制鈉鉀幫浦，導致胞內鈉離子的堆積，因此當回到正常溶液時，胞內升高的鈉離子就會活化幫浦活性、因而抑制發射頻率。換言之，細胞內鈉離子可以透過鈉鉀幫浦來調節SCN 神經元的發射頻率。這就引發了一個有趣的問題：活化鈉鉀幫浦的鈉離子來自何方？我們的初步結果指出，這些鈉離子不是透過TTX 敏感性的鈉通道。本二年期計劃的目標有二，其一是要檢驗一個假說：SCN 神經細胞內的鈉離子可以透過調節鈉鉀幫浦，來控制這些細胞的發射頻率；其二是要找出活化鈉鉀幫浦的鈉離子來源。我們會利用SCN 小塊切片的神經元來做實驗。發射頻率、膜電位與膜電流會利用cell-attached 與全細胞電流嵌制與電壓嵌制的技術來記錄。我們想要確定的是，細胞內累積的鈉離子會透過鈉鉀幫浦來抑制SCN 細胞的動作電位。再者，我們也會確定活化鈉鉀幫浦的鈉漏流來源，並確定鈉漏流與鈉鉀幫浦在功能上的連結。這個計劃的完成，應該可以讓我們更清楚知道，鈉鉀幫浦在這些時鐘神經元所扮演的功能角色。

Project ID:PC9607-0720
External Project ID:NSC96-2320-B182-028-MY2