1. Spinal cord and hippocampal neurones in cell culture were voltage clamped using the tight‐seal, whole‐cell recording technique. The concentration of sodium and a series of divalent cations in the extracellular media was varied to study permeation through excitatory amino acid receptor channels activated by the selective agonists N‐methyl‐D‐aspartic acid (NMDA), kainic acid and quisqualic acid. 2. On raising the extracellular calcium concentration, with [Na+]o held constant at 105 mM, the reversal potential of responses to NMDA shifted in the depolarizing direction. This shift was adequately described by the extended constant‐field equation over the range 0.3‐50 mM‐calcium. Using ionic activity coefficients we calculate a value of PCa/PNa = 10.6. Under the same experimental conditions the reversal potential of responses to kainic and quisqualic acids was much less affected by raising the calcium concentration, such that PCa/PNa = 0.15. A depolarizing shift of the NMDA reversal potential was also recorded during application of 20 mM‐barium, strontium or manganese, suggesting permeation of these ions. The permeability sequence was Ca2+ greater than Ba2+ greater than Sr2+ much greater than Mn2+. No depolarizing shift of the NMDA reversal potential occurred during application of 20 mM‐cobalt, magnesium or nickel. 3. In experiments in which the extracellular Na+ concentration was varied the extended constant‐field equation was adequate in predicting shifts of the NMDA reversal potential recorded on varying [Na+]o over the range 50‐150 mM, but failed to accurately predict the reversal potential of responses to NMDA with 10 mM‐[Ca2+]o and only 10 or 20 mM‐[Na+]o. These results imply an apparent increase in PCa/PNa on lowering [Na+]o and may result from interaction of permeant ions within the channel. 4. Barium and to a lesser extent calcium, but not strontium (all 20 mM), reduced the slope conductance of responses to NMDA recorded within +/‐ 15 mV of the reversal potential; over this limited range of membrane potential the current‐voltage relationship remained linear in the presence of each of these ions. In contrast manganese produced a strong, voltage‐dependent block of responses to NMDA, similar to that produced by magnesium, such that even close to the reversal potential the NMDA current‐voltage relationship was highly non‐linear. Thus manganese both permeates and blocks the NMDA receptor channel. 5. Raising the extracellular calcium concentration, from 0.1 to 5 mM, had two effects on the conductance mechanism activated by NMDA.(ABSTRACT TRUNCATED AT 400 WORDS)

Potentiation by cyclothiazide of recombinant glutamate receptor responses in Xenopus oocytes showed absolute selectivity for AMPA versus kainate receptors. In contrast, concanavalin A strongly potentiated responses at kainate but not AMPA receptors. Rapid desensitization in HEK 293 cells transfected with AMPA receptors was blocked by cyclothiazide, but only weakly attenuated by concanavalin A. Desensitization at kainate receptors was blocked by concanavalin A but unaffected by cyclothiazide. Selective effects of these modulators following coexpression of subunits from different families suggest independent assembly of functional AMPA and kainate receptors. Northern blot analysis of mRNA for dorsal root ganglia revealed a predominant expression of GluR5, indicating that modulation of desensitization by concanavalin A but not cyclothiazide in sensory neurons accurately predicts subunit expression for native glutamate receptors.

Mouse embryo dorsal root ganglion neurones were grown in tissue culture and voltage‐clamped with two micro‐electrodes. Hyperpolarizing voltage commands from holding potentials of ‐50 to ‐60 mV evoked slow inward current relaxations which were followed by inward tail currents on repolarization to the holding potential. These relaxations are due to the presence of a time‐ and voltage‐dependent conductance provisionally termed Gh. Gh activates over the membrane potential range ‐60 to ‐120 mV. The presence of Gh causes time‐dependent rectification in the current‐voltage relationship measured between ‐60 and ‐120 mV. Gh does not inactivate within this range and thus generates a steady inward current at hyperpolarized membrane potentials. The current carried by Gh increases when the extracellular K+ concentration is raised, and is greatly reduced in Na+‐free solutions. Current‐voltage plots show considerably less inward rectification in Na+‐free solution; conversely inward rectification is markedly enhanced when the extracellular K+ concentration is raised. The reversal potential of Ih is close to ‐30 mV in media of physiological composition. Tail‐current measurement suggests that Ih is a mixed Na+‐K+ current. Low concentrations of Cs+ reversibly block Ih and produce outward rectification in the steady‐state current‐voltage relationship recorded between membrane potentials of ‐60 and ‐120 mV. Cs+ also reversibly abolishes the sag and depolarizing overshoot that distort hyperpolarizing electrotonic potentials recorded in current‐clamp experiments. Impermeant anion substitutes reversibly block Ih; this block is different from that produced by Cs+ or Na+‐free solutions: Cs+ produces outward rectification in the steady‐state current‐voltage relationship recorded over the Ih activation range; in Na+‐free solutions inward rectification, of reduced amplitude, can still be recorded since Ih is a mixed Na+‐K+ current; in anion‐substituted solutions the current‐voltage relationship becomes approximately linear. It is concluded that in dorsal root ganglion neurones anomalous rectification is generated by the time‐and voltage‐dependent current Ih. The possible function of Ih in sensory neurones is discussed.

Neurones from the ventral half of mouse embryo spinal cord were grown in dissociated culture and voltage clamped. The current‐voltage relation of responses evoked by N‐methyl‐D‐aspartic acid (NMDA), L‐glutamic acid and kainic acid was recorded in media of different ionic composition. On removal of Mg2+ from the extracellular solution, responses to NMDA and L‐glutamate became less voltage sensitive, such that NMDA responses were no longer associated with a region of negative slope conductance. The antagonism of NMDA responses produced by application of Mg2+ to neurones bathed in nominally Mg2+‐free solutions shows voltage dependence and uncompetitive kinetics. Voltage‐jump experiments showed that the voltage‐dependent action of Mg2+ occurred rapidly, and with complex kinetics. Ni2+ and Cd2+, two potent blockers of calcium currents in spinal cord neurones, had significantly different potencies as NMDA antagonists, Ni2+ being of greater potency than Mg2+, and Cd2+ considerably weaker. The voltage‐dependent block of NMDA responses produced by physiological concentrations of Mg2+ is sufficient to explain the apparent increase in membrane resistance produced by NMDA in current‐clamp experiments, and the ability of NMDA to support repetitive firing. Substitution of choline for Na+ produced a hyperpolarizing shift in the reversal potential for responses evoked by kainic acid consistent with an increase in permeability to Na+ and K+. In choline‐substituted solutions, the reversal potential of NMDA responses was more positive than that recorded for kainic acid, and in addition NMDA responses showed enhanced desensitization.