Abstract The transient outward potassium current ( I to ) plays a key, albeit incompletely defined, role in cardiomyocyte physiology and pathophysiology. In light of the technical challenges of studying adult human cardiomyocytes, this study examines the use of induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (iPSC-CMs) as a system which potentially preserves the native cellular milieu of human cardiomyocytes. ISPC-CMs express a robust I to with slow recovery kinetics and fail to express the rapidly recovering I to,f which is implicated in human disease. Overexpression of the accessory subunit KChIP2 (which is not expressed in iPSC-CMs) resulted in restoration of a rapid component of recovery. To define the functional role of I to , dynamic current clamp was used to introduce computationally modeled currents into iPSC-CMs while recording action potentials. However, iPSC-CMs exhibit action potentials with multiple immature physiological properties, including slow upstroke velocity, heterogeneous action potential waveforms, and the absence of a phase 1 notch, thus potentially limiting the utility of these cells as a model of adult cardiomyocytes. Importantly, the introduction of modeled inwardly rectified current ( I K1 ) ameliorated these immature properties by restoring a hyperpolarized resting membrane potential. In this context of normalized action potential morphologies, dynamic current clamp experiments introducing I to,f demonstrated that there is significant cell-to-cell heterogeneity and that the functional effect of I to,f is highly sensitive to the action potential plateau voltage in each cell.

Mutations in FGF14, which encodes intracellular fibroblast growth factor 14 (iFGF14), have been linked to spinocerebellar ataxia type 27 (SCA27), a multisystem disorder associated with progressive deficits in motor coordination and cognitive function. Mice (Fgf14-/-) lacking iFGF14 display similar phenotypes, and we have previously shown that the deficits in motor coordination reflect reduced excitability of cerebellar Purkinje neurons, owing to the loss of iFGF14-mediated regulation of the voltage-dependence of inactivation of the fast transient component of the voltage-gated Na+ (Nav) current, INaT. Here, we present the results of experiments designed to test the hypothesis that loss of iFGF14 also attenuates the intrinsic excitability of mature hippocampal and cortical pyramidal neurons. Current-clamp recordings from adult mouse hippocampal CA1 pyramidal neurons in acute in vitro slices, however, revealed that repetitive firing rates were higher in Fgf14-/-, than in wild type (WT), cells. In addition, the waveforms of individual action potentials were altered in Fgf14-/- hippocampal CA1 pyramidal neurons, and the loss of iFGF14 reduced the time delay between the initiation of axonal and somal action potentials. Voltage-clamp recordings revealed that the loss of iFGF14 altered the voltage-dependence of activation, but not inactivation, of INaT in CA1 pyramidal neurons. Similar effects of the loss of iFGF14 on firing properties were evident in current-clamp recordings from layer 5 visual cortical pyramidal neurons. Additional experiments demonstrated that the loss of iFGF14 does not alter the distribution of anti-Nav1.6 or anti-ankyrin G immunofluorescence labeling intensity along the axon initial segments (AIS) of mature hippocampal CA1 or layer 5 visual cortical pyramidal neurons in situ. Taken together, the results demonstrate that, in contrast with results reported for neonatal (rat) hippocampal pyramidal neurons in dissociated cell culture, the loss of iFGF14 does not disrupt AIS architecture or Nav1.6 localization/distribution along the AIS of mature hippocampal (or cortical) pyramidal neurons in situ.

Abstract Considerable evidence suggests that day-night rhythms in the functional expression of subthreshold potassium (K + ) channels regulate daily oscillations in the rates of spontaneous action potential firing of neurons in the suprachiasmatic nucleus (SCN), the master circadian pacemaker in mammals. The K + conductance(s) driving these daily rhythms in repetitive firing rates, however, have not been identified. To test the hypothesis that subthreshold Kv12.1/Kv12.2-encoded K + channels play a role, we obtained current-clamp recordings from SCN neurons in slices prepared from adult mice harboring targeted disruptions in the Kcnh8 (Kv12.1 −/− ) or Kcnh3 (Kv12.2 −/− ) locus. We found that mean nighttime repetitive firing rates were higher in Kv12.1 −/− and Kv12.2 −/− , than in wild type (WT), SCN neurons. In marked contrast, mean daytime repetitive firing rates were similar in Kv12.1 −/− , Kv12.2 −/− and WT SCN neurons, and the day-night difference in mean repetitive firing rates, a hallmark feature of WT SCN neurons, was eliminated in Kv12.1 −/− and Kv12.2 −/− SCN neurons. Similar results were obtained with in vivo shRNA-mediated acute knockdown of Kv12.1 or Kv12.2 in adult SCN neurons. Voltage-clamp experiments revealed that Kv12-encoded current densities in WT SCN neurons are higher at night than during the day. In addition, pharmacological block of Kv12-encoded currents increased the mean repetitive firing rate of nighttime, but not daytime, in WT SCN neurons. Dynamic clamp-mediated subtraction of modeled Kv12-encoded currents also selectively increased the mean repetitive firing rates of nighttime WT SCN neurons. Despite the elimination of nighttime decrease in the mean repetitive firing rates of SCN neurons, however, locomotor (wheel-running) activity remained rhythmic in Kv12.1 −/− , Kv12.2 −/− , Kv12.1-targeted shRNA-expressing, and Kv12.2-targeted shRNA-expressing animals.