Влияние метил L-метионина, NAD+, некоторых блокаторов катионных каналов и киназы G на активацию нейронных сетей ионом аммония. Medline.ru - медико-биологический информационный портал Медлайн.ру

Влияние метил L-метионина, NAD+, некоторых блокаторов катионных каналов и киназы G на активацию нейронных сетей ионом аммония.

Кононов А.В.1 , Галимова М.Х.2, Дынник В.В.1,2

1Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биофизики клетки РАН, 142290, Пущино, Институтская 3,РФ
2Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, 142290, Пущино, Институтская 3, РФ

Резюме
Цель работы- исследовать влияние: метил L-метионина (витамин U), кофермента NAD+ и некоторых модуляторов катионных каналов на гиперактивацию нейронных сетей, вызываемую ионом аммония (NH4+). Эксперименты были выполнены на нейроглиальных культурах клеток гиппокампа крыс (12-18 DIV), с использованием флюоресцентной микроскопии и регистрации уровня Ca++ в нейронах и астроцитах. Показано, что витамин U (3-10 mM) и ZD 7288 (20-30 mkM) -ингибитор, активируемых гиперполяризацией циклонуклеотид- зависимых катионнных (HCN)-каналов,- вызывают полное подавление активности нейронных сетей, активированных 6-8 mM NH4Cl. Эффект витамина U сохраняется в присутствии pertussis toxin ( ингибитора Gi,0 ?белков) и блокатора ГАМКа-рецепторов бикукуллина, что свидетельствует о механизме его действии, отличном от действия других метиламинов ( например бетаина). Эффект ZD указывает на возможную активацию HCN-каналов посредством NH4+ , приводящую (наряду с другими факторами ) к гиперактивации нейронных сетей. NAD+ (1-3 мМ), активирующий группу калиевых каналов, гиперполяризует нейроны и подавляет спонтанную активность сети. Последующие добавки NH4Cl вызывают, медленный рост базового уровня Ca++ и амплитуды Ca++ колебаний в группе клеток, включающей 30% нейронов сети. Восстановление гиперактивности в этой группе клеток происходит в течение 260-280 сек и сопровождается быстрой активацией оставшейся части нейронов сети (70 %)- после достижения всеми клетками некоторого порогового уровня Ca++ (Cat++). В присутствии ингибитора медленных Ca++ -зависимых калиевых (SK) каналов апамина (apamin), временной сдвиг между группами исчезает и восстановление активности сети происходит через 120-130 сек, после достижения всеми клетками уровня Cat++. При преинкубации культур с 8- bromo-cyclo GMP, активатором протеин киназы G, временной сдвиг между группами клеток (при введении NH4+) сохраняется. Высокая активность сети достигается через 80-90 сек и быстро исчезает. При этом более 60% клеток сети переходит в состояние с высоким уровнем Ca++ . Все эти данные указывают на возможное вовлечение HCN и некоторых Na+ и Ca++ -каналов, а также Ca++ -зависимых калиевых каналов в активирующий эффект NH4+ и на важную роль киназы G в этом процессе. Блокада или активация метаботропных глютаматных рецепторов 1 типа (mGLUR 1,5) и ингибирование липидкиназы (PI3K) не влияют на эффект NH4+. Полученные результаты могут позволить выявить механизмы токсического действия NH4+ на клетки мозга и разработать новые методы фармакологической коррекции гипераммонемии.

Ключевые слова
нейронные сети, ион аммония, витамин U, катионные каналы, киназа G, гипераммонемия.

(статья в формате PDF. Для просмотра необходим Adobe Acrobat Reader)

открыть статью в

новом окне

Список литературы

1. Braissant O., McLin V.A., Cudalbu C. Ammonia toxicity to the brain //J Inherit .Metab. Dis., 2013, vol. 36, pp. 595-612.

2. Nencki M., Pawlow J.P., Zaleski J. Ueber den Ammoniakgehalt des Bluttes und der Organe. Die Harnstoffbildung bei den Saugetieren // Arch. Exp. Pathol. Pharmakol. , 1896, vol. 37, pp. 26-51.

3. Shawcross D.L., Davies N.A., Williams R., Jalan R.. Systemic inflammatory response exacerbates the neuropsychological effects of induced hyperammonemia in cirrhosis //J Hepatol. , 2004, vol. 40(2), pp.247-54.

4. Häussinger D., Görg B. Interaction of oxidative stress, astrocyte swelling and cerebral ammonia toxicity// Curr. Opin. Clin. Nutr. Metab. Care, 2010, vol.13, pp. 87- 92.

5. Schwarz C.S., Ferrea S., Quasthoff K. et al. Ammonium chloride influences in vitro-neuronal network activity// Exp. Neurol. ,2012, vol. 235 (1), pp. 368-373.

6. Dynnik V.V., Kononov A.V., Sergeev A..I, Zinchenko V.P. To break or to brake neuronal network accelerated by ammonium ions? //PLoS ONE, 2015, vol. 28, N10(7), pp. 1-30. e0134145, DOI: 10.1371/journal.pone.0134145

7. Moreschi I.,?Bruzzone S.,?Nicholas R.A et al. Extracellular NAD+ is an agonist of the human P2Y11 purinergic receptor in human granulocytes. //J. Biol. Chem.,?2006,?vol. 281(42), pp. 31419-29.

8. Kilfoil P.J., Tipparaju S.M., Barski O.A. et al. Regulation of ion channels by pyridine nucleotides. //Circ. Res. , 2013, vol. 112 (4), pp.721-741.

9. Zinchenko V.P., Turovsky E.A., Turovskaya M.V. et al. NAD dissociates neural networks into subpopulations of neurons by inhibiting the network synchronous hyperactivity evoked by ammonium Ions. // Biocemistry (Moscow) Supplement Series A: Membrane and cell biology, 2016, vol. 10(3), pp. 21-30.

10. Wu X.,?Liao L.,?Liu X et al. Is ZD7288 a selective blocker of hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated channel currents? // Channels (Austin), ?2012, vol. 6(6), pp. 438-42.

11. He C.,?Chen F., Li B., Hu Z. Neurophysiology of HCN channels: from cellular functions to multiple regulations. // Prog Neurobiol. , 2014, vol 112, pp.1-23.

12. Houtkooper R.H.,?Pirinen E.,?Auwerx J. Sirtuins as regulators of metabolism and healthspan.// Nat Rev Mol Cell Biol.?,2012,?vol 13(4), pp. 225-38.

13 . Kosenko E., Kaminsky Y., Grau E. et al. Brain ATP depletion induced by acute ammonia intoxication in rats is mediated by activation of the NMDA receptor and Na+,K(+)-ATPase. // J Neurochem., 1994, vol.63, pp. 2172-8.

14. Cauli O., Gonzalez-Usano A., Cabrera-Pastor A., Gimenez-Garzo C., Lopez-Larrubia P., Ruiz-Sauri A. et al. Blocking NMDA receptors delays death in rats with acute liver failure by dual protective mechanisms in kidney and brain.// Neuromolecular Med., 2014, vol. 16, pp. 360-75.

15. Andreeva L.A., Grishina E.V., Sergeev A.I. et al. EMERGENCE OF ACETYLCHOLINE RESISTANCE AND LOSS OF RHYTHMIC ACTIVITY ASSOCIATED WITH THE DEVELOPMENT OF HYPERTENSION, OBESITY, AND TYPE 2 DIABETES// Biocemistry (Moscow) Supplement Series A: Membrane and cell biology, 2016, vol. 10(3), pp. 1-10.

16. Fiscus R.R. Involvement of cyclic GMP and protein kinase G in the regulation of apoptosis and survival in neural cells. //Neurosignals,?2002, vol. 11(4), pp. 175-90.

17. Gonzalez-Usano A., Cauli O., Agusti A., Felipo V. Hyperammonemia alters the modulation by different neurosteroids of the glutamate-nitric oxide-cyclic GMP pathway through NMDA- GABAA - or sigma receptors in cerebellum in vivo.// J Neurochem., 2013, vol. 125, pp. 133-43.

18. Brusilow S.W., Koehler R.C., Traystman R.J., Cooper A.J. Astrocyte glutamine synthetase: importance in hyperammonemic syndromes and potential target for therapy.// Neurotherapeutics, 2010, vol. 7, pp. 452-70.

19. Bosoi C.R., Zwingmann C., Marin H. et al. Increased brain lactate is central to the development of brain edema in rats with chronic liver disease.// J Hepatol., 2014, vol. 60, pp. 554-60.

20. Rangroo Thrane V., Thrane A.S., Wang F. et al. Ammonia triggers neuronal disinhibition and seizures by impairing astrocyte potassium buffering. // Nat Med., 2013, vol. 19, pp. 1643-8.