Az akut L-kinurenin szulfát kezelés magatartási, szövettani és keringési hatásainak komplex vizsgálata C57Bl/6j egér törzsben
L-Kynurenine (L-KYN) is a central metabolite of tryptophan degradation: known as kynurenine pathway, it is a cascade of enzymatic steps generating biologically active compounds, through which more than 95% of the tryptophan is catabolized. The early phase of the catabolic steps takes place mainly in...
Elmentve itt :
| Szerző: | |
|---|---|
| További közreműködők: | |
| Dokumentumtípus: | Disszertáció |
| Megjelent: |
2017-11-13
|
| Tárgyszavak: | |
| doi: | 10.14232/phd.4090 |
| mtmt: | 3349386 |
| Online Access: | http://doktori.ek.szte.hu/4090 |
| Tartalmi kivonat: | L-Kynurenine (L-KYN) is a central metabolite of tryptophan degradation: known as kynurenine pathway, it is a cascade of enzymatic steps generating biologically active compounds, through which more than 95% of the tryptophan is catabolized. The early phase of the catabolic steps takes place mainly in the liver and the kidneys. However, the metabolization of L-KYN can effectively proceeds in the brain. The blood brain barrier strongly limits the penetrability of the kynurenine metabolites from the periphery to the central nervous system, since most of them can only be transferred by passive diffusion with a very low efficacy. One clear exception is the L-KYN, which can enter the brain with the aid of a large neutral amino acid transporter. Thus, the cerebral kynurenine metabolism is very responsive to the peripheral level of the L-KYN. Preclinical studies have shown that growth in the level of systemic L-KYN is particularly associated with a dose-dependent increase of its direct downstream metabolite kynurenic acid (KYNA) in the central nervous system. Evidence suggests that in the physiologically intact brain the most prominent and rapid change after peripheral L-KYN administration is the peak elevation of KYNA. KYNA is a complex neuromodulator, antioxidant and neuroprotective endogenous molecule. Elevation of brain KYNA content is correlated with attenuation in the concentration of extracellular glutamate, dopamine and acetylcholine in distinct cortical and subcortical brain regions. KYNA influences neurotransmission through multiple actions at the pre- and postsynaptic site. KYNA directly attenuates neurotransmitter release, partly by inhibiting α7 nicotinic acetylcholine (α7nACh) receptor located on presynaptic terminals, and partly by stimulating G-protein-coupled receptor 35 (GPR35) localized on neurons and astrocytes. Thus, even the modest fluctuations in endogenous KYNA can bi-directionally control the extracellular levels of glutamate. KYNA hinders postsynaptic N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptor currents by competitive antagonism at allosteric glycine binding site of NMDA receptor. Moreover, in the periphery and in the brain during neuroinflammation, KYNA promotes anti-inflammatory responses due to activation of aryl hydrocarbon receptor and GPR35 receptor expressed by immune-cells, as well as it presumably also modulates neuronal survival through extrasynaptic NMDA receptor blockade. Besides its receptor-mediated actions, KYNA itself is a potent antioxidant. Therefore, elevation of brain KYNA level, either by administration of L-KYN or pharmacological manipulation of the availability of the kynurenine pathway enzymes, has become an attractive strategy to attenuate neuroinflammatory responses and to protect against glutamate induced excitotoxicity associated with ischemic brain injury. Accordingly, we and our collaborators achieved neuroprotection by the administration of L-KYN sulfate (L-KYNs) in experimental models of neurodegenerative diseases and ischemic stroke. Decades after the discovery of the neurotoxic and convulsant properties of glutamate, it has become clear that glutamate hypofunction is also pathogenic and therefore undesirable. Accordingly, in preclinical studies acute or chronic elevation of brain KYNA content, achieved partly by the peripheral administration of L-KYN, has been suggested to trigger alteration in the behavior of rodents: animals expressed hypoactivity or spatial working memory deficit. Moreover, pre- and postnatal chronic L-KYN exposure provoked long-lasting neurochemical and behavioral abnormalities manifested in adulthood. However, the results assessing the behavioral effects of the kynurenerg manipulations emerged from studies that focused mainly on rats, after various-dose of L-KYNs treatment. Implementing similar experiments in mice is of particular importance, because such data is almost absent from the literature. Additionally, the available information concerning the effects of kynurenerg manipulation beyond neuroprotection is quite incomplete, since study on dose-dependent responses to various L-KYNs treatment is not available. On a top of these, L-KYN and KYNA were attributed a direct role in the regulation of the systemic circulation. Namely, L-KYN was identified as an endothelium-derived vasodilator, contributing to peripheral arterial relaxation and regulation of blood pressure during systemic inflammation in rats. Furthermore, intravenous administration of low-dose L-KYN (1 mg/kg) has been shown to increase cerebral blood flow (CBF) in conscious rabbits. Therefore, we hypothesized that acute elevation of systemic L-KYN concentration may exert potential effects on mean arterial blood pressure (MABP) and on resting CBF in the adult mouse brain... A triptofán több mint 95% a a kinurenin útvonalon keresztül metabolizálódik, mely folyamat során számos biológiailag aktív anyagcseretermék keletkezik. Az útvonal egyik központi terméke az L kinurenin (L KYN). A metabolizmus kezdeti szakasza elsősorban a májban és a vesében zajlik, az L KYN átalakítása viszont már az agyban is hatékonyan képes végbemenni. A vér agy gát, mint limitáló tényező, erősen korlátozza a központi idegrendszer és a perifériás kinurenin metabolizmus közötti átjárhatóságot. A kinurenin útvonalon található anyagcseretermékek jelentős része csak passzív diffúzióval rendkívül alacsony hatékonysággal képes átlépni a vér agy gáton. Kivételt képez az L KYN, ami az L1 típusú semleges aminosav transzportereken keresztül könnyedén közlekedik a periféria és az agyszövet között. Ezért a központi idegrendszer kinurenin metabolizmusa a perifériás L KYN koncentráció változásra különösen érzékeny. Állatkísérletes eredmények sora igazolja, hogy egészséges felnőtt emlősben a szisztémás L KYN koncentráció mesterséges növelésére a központi idegrendszerben bekövetkező legjellemzőbb és leggyorsabb reakció a kinurénsav (KYNA) szint dózisfüggő emelkedése. A KYNA szélesspektrumú receptormoduláló, antioxidáns és neuroprotekciós potenciállal rendelkező endogén molekula. Összetett pre és posztszinaptikus receptorhatásainak köszönhetően jelentős befolyást gyakorol mind a fejlődő, mind a felnőtt idegrendszer szinaptikus jelátvitelének hatékonyságára. A KYNA képes a glutamát felszabadulásának közvetlen és közvetett mérséklésére egyrészről a preszinaptikus terminálisokon található α7 nikotinos acetilkolin receptoron kifejtett nem kompetitív gátló hatása, valamint a neuronokon és asztrocitán expresszált Gi fehérje asszociált receptor 35 aktiválása révén. Az egészséges agyszövetben a KYNA mennyiségében bekövetkező fokozódás elsődleges funkcionális következménye tehát a glutamát extracelluláris koncentrációjának csökkenése. Minden bizonnyal erre másodlagos hatásként jelentkezik a többi neurotranszmitter szintjében megfigyelhető fluktuáció (acetilkolin, dopamin, GABA). Összességében elmondható, hogy az egyes neurotranszmitterek felszabadulása az agyi KYNA szint fordított arányú kontrollja alatt áll. A KYNA továbbá képes csillapítani a serkentő jelátvitelt, a posztszinaptikus membránrészen található NMDA receptor kompetitív gátlásával. Ezenkívül ligandja egy helix loop helix fehérje családba tartozó transzkripciós faktornak, az aril hidrokarbon receptornak, melyen keresztül gyulladáscsökkentő hatású. A receptormoduláló hatásai mellett pedig antioxidáns tulajdonságát is kimutatták. Ezek alapján nem meglepő, hogy az agyi KYNA szint kísérletes emelése állatkísérletes eredmények alapján ígéretes terápiás lehetőségként mutatkozik a neuroinflammáció, illetve a glutamát excitotoxicitás számos formájában. Kutatócsoportunk munkájával eredményesen járult hozzá az L KYN adagolás neuroprotekciós hatékonyságának kimutatásához a neurodegeneráció és az ischaemiás stroke kísérletes állatmodelljeiben. Az agyi KYNA szint emelés terápiás alkalmazhatóságának felmérése során ugyanakkor igen nagy körültekintéssel szabad csak eljárni, ugyanis a glutamát jelátvitel alulműködése éppúgy káros lehet, mint annak túlműködése. Ennélfogva a kinurenerg manipuláció következtében nem kívánt mellékhatások megjelenésével is szükséges számolni. Preklinikai tanulmányok során az akut és krónikus L KYN adagolás sok esetben hipoaktivitást és a térbeli tájékozódás zavarát okozta, szélsőséges esetekben pedig részben skizofréniára is jellemző kóros viselkedést idézett elő a vizsgált állatokban. A pre és posztnatális L KYN expozíciót pedig összefüggésbe hozták a felnőtt korra kialakuló tanulás és figyelemzavarral. Összességében elmondható, hogy a KYNA túltermeltetés receptorszintű és sejtszintű hatásaival kapcsolatban meglehetősen részletes ismeret áll rendelkezésre, ugyanakkor néhány tanulmányt leszámítva a KYNA szint emelés intakt, felnőtt idegrendszerre gyakorolt szervezetszintű, viselkedésben megnyilvánuló rövid és hosszú távú hatásai vonatkozásában az irodalom meglehetősen hiányos. Nem készült többek közt olyan átfogó dózis hatás tanulmány, amely alapján lehetőség nyílna elkülöníteni: küszöb alatti, küszöb feletti, illetve szélsőséges hatásokat. Ráadásul korlátozott ismeret áll rendelkezésre az esetleges fajok közti különbségekről. Ugyanis az akut viselkedésváltozásokat leíró tanulmányok szinte kizárólag patkányon végzett mérésekből származnak, miközben ismeretes, hogy maga a kinurenin metabolizmus sem egyforma az egyes emlősök között. A C57Bl/6 a genetikai módosításokhoz használt legelterjedtebb egér típus. Ugyanakkor a vad típusban az akut KYNA szint fokozás szervezetszintű hatásairól semmilyen adat nem áll rendelkezésre. Éppen ezért fontos lenne az egér törzs ilyen irányú karakterizálására, ami később megfelelő viszonyítási alapot nyújthatna a célzott génmanipulációs kísérletekhez, illetve felfedheti az esetlegese fajok közti különbségeket... |
|---|