Karakterisering av Ca2+ - avhengig glutamaterg eksitotoksisitet i cerebellære granulærceller

Abstract

Eksitotoksisitet bidrar til nevronal degenerasjon i mange akutte og kroniske CNS sykdommer, inkluderende epilepsi, hjerneslag og Alzheimers sykdom. Hovedmediator til eksitotoksisk skade er kalsium (Ca2+), som under normale forhold styrer mange cellulære prosesser. Ca2+ influksveien er viktig ved eksitotoksisitet hvor NMDA-reseptoren (NMDAR) er hovedaktør. Cerebellære granulærceller fra rotte ble brukt for å studere Ca2+ belastningen ved hjelp av fluoriserende prober (fura-2, SBFI). Det ble forsøkt å øke Ca2+ via andre influksveier enn gjennom NMDAR, for å sammenligne med NMDAR-indusert Ca2+ influks og toksisitet. Ca2+ innstrømning via NMDAR var toksisk; hvor Ca2+ innstrømning via K+ depolarisering, hemming av Na+/K+ ATPasen eller PMCA og aktivering av AMPA/kainat reseptorer ikke var skadelig for cellen, når [Ca2+]i ble økt til samme nivå som med NMDA. Kombinasjon av ionomycin og K+ depolarisering førte til toksisitet på grunn av Ca2+ overbelastning. Ettersom det er mulig at det er den lokale Ca2+ konsentrasjon ved NMDAR på innsiden av membranen, samtidig med en aktivert NMDAR, men ikke nødvendigvis influksveien, som er avgjørende for toksisitet, ble det testet å aktivere NMDAR med NMDA og glysin, men samtidig blokkere Ca2+ influksveien med ionekanalhemmere. Samtidig ble det prøvd å øke Ca2+ via andre Ca2+ influksveier. Inhibisjon av NMDAR med en ny ionekanalhemmer, GK11, ble først prøvd, men den viste seg å være spenningsavhenig. En separat studie av spenningsavhengighet av to ionekanalhemmere, MK-801 og procyclidin, ble utført i både rCGN og i cellelinjen SH-SY5Y. Procyclidin hemmet K+ depolariseringsindusert influks, mens MK-801 ikke ga signifikant inhibisjonseffekt opp til 10 µM. Vi konkluderer at celledød ved NMDAR-stimulering avhenger av Ca2+ influks. Den glutamaterge eksitotoksisiteten fås ved cytosoliske Ca2+ nivåer under 500 nM og er distinkt forskjellig fra en toksisitet som man får fra Ca2+ overbelastning ved høyere intracellulære Ca2+ nivåer (ca.1 µM) og som ikke er avhengig av NMDAR-aktivering.