Біологія тварин

ДОСЛІДЖЕННЯ ТРАНСПОРТУ ГЛУТАМАТУ В НЕРВОВИХ ЗАКІНЧЕННЯХ ВЕЛИКИХ ПІВКУЛЬ

ГОЛОВНОГО МОЗКУ ЩУРІВ ЗА УМОВ ПОМІРНОЇ ТА ГЛИБОКОЇ ГІПОТЕРМІЇ

А. О. Пастухов, Н. В. Крисанова, Т. О. Борисова

Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам необхідно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Інститут біохімії імені О. В. Палладіна НАН України,
вул. Леонтовича, 9, м. Київ, 01601, Україна

Помірна та глибока гіпотермія сьогодні успішно використовується для запобігання ускладненням ішемічного інсульту та під час кардіохірургічних операцій на дузі аорти зі зменшенням церебрального кровотоку. Досліджували вплив помірної та глибокої гіпотермії (27 °C та 17 °C відповідно) на пресинаптичний транспорт глутамату в нормі і в умовах, характерних для розвитку ішемічного інсульту. Експерименти проводились з використанням синаптосом — ізольованих нервових закінчень кори великих півкуль головного мозку щурів. Транспорт глутамату в синаптосомах визначали з використанням радіоактивно міченого L-[¹⁴C]глутамату.

Транспортер-опосередковане накопичення та тонічне вивільнення L-[¹⁴C]глутамату з синаптосом — різнонаправлені процеси, динамічний баланс яких визначає фізіологічний позаклітинний рівень нейромедіатора, знижуються різною мірою при помірній/глибокій гіпотермії. Перехід до помірної та глибокої гіпотермії призводить до поступового зменшення транспортер-опосередкованого вивільнення L-[¹⁴C]глутамату, стимульованого деполяризацією плазматичної мембрани та процесами дисипації протонного градієнта синаптичних везикул протонофором FCCP.

Встановлено, що у ділянках мозку, де відбулось зменшення кровообігу під час кардіооперацій, напрямок змін рівня позаклітинного глутамату у нервових терміналях внаслідок гіпотермії обумовлюється чутливістю процесів накопичення та тонічного вивільнення до гіпотермії. Тож для оцінки наслідків гіпотермії слід визначити тестові параметри та клінічні критерії нейромоніторингу для впровадження в кардіохірургічну практику. Спричинене гіпотермією поступове зменшення транспортер-опосередкованого вивільнення глутамату, характерне для розвитку патологій, може зумовлювати нейропротекторні властивості гіпотермії у разі інсульту.

Ключові слова: ГЛУТАМАТ, РЕВЕРС ГЛУТАМАТНИХ ТРАНСПОРТЕРІВ, ПОМІРНА І ГЛИБОКА ГІПОТЕРМІЯ, ТЕРМІНАЛІ ГОЛОВНОГО МОЗКУ

1. Berger C., Schäbitz W.-R., Georgiadis D., Steiner T., Aschoff A., Schwab S. Effects of hypothermia on excitatory amino acids and metabolism in stroke patients: a microdialysis study. Stroke, 2002, vol. 33, pp. 519–524. https://doi.org/10.1161/hs0102.100878
2. Boris-Möller F., Wieloch T. Changes in the extracellular levels of glutamate and aspartate during ischemia and hypoglycemia. Effects of hypothermia. Exp. brain Res., 1998, vol. 121, pp. 277–284. https://doi.org/10.1007/s002210050461
3. Borisova T. Permanent dynamic transporter-mediated turnover of glutamate across the plasma membrane of presynaptic nerve terminals: arguments in favor and against. Rev. Neurosci., 2016, vol. 27, pp. 71–81. https://doi.org/10.1515/revneuro-2015-0023
4. Borisova T. Cholesterol and Presynaptic Glutamate Transport in the Brain. New York, Springer Science & Business Media, 2013, 75 p. https://doi.org/10.1007/978-1-4614-7759-4
5. Borisova T. A., Himmelreich N. H. Centrifuge-induced hypergravity: [³H]GABA and L-[ ¹⁴C]glutamate uptake, exocytosis and efflux mediated by high-affinity, sodium-dependent transporters. Adv. Sp. Res., 2005, vol. 36, pp. 1340–1345. https://doi.org/10.1016/j.asr.2005.10.007
6. Borisova T. A., Krisanova N. V. Presynaptic transporter-mediated release of glutamate evoked by the protonophore FCCP increases under altered gravity conditions. Adv. Sp. Res., 2008, vol. 42, pp. 1971–1979. https://doi.org/10.1016/j.asr.2008.04.012
7. Borisova T., Borysov A. Putative duality of presynaptic events. Rev. Neurosci., 2016, vol. 27, pp. 377–383. https://doi.org/10.1515/revneuro-2015-0044
8. Borisova T., Krisanova N., Himmelreich N. Exposure of animals to artificial gravity conditions leads to the alteration of the glutamate release from rat cerebral hemispheres nerve terminals. Adv. Sp. Res., 2004, vol. 33, pp. 1362–1367. https://doi.org/10.1016/j.asr.2003.09.039
9. Borisova T., Sivko R., Borysov A., Krisanova N. Diverse Presynaptic Mechanisms Underlying Methyl-β-Cyclodextrin-Mediated Changes in Glutamate Transport. Cell. Mol. Neurobiol., 2010, vol. 30, pp. 1013–1023. https://doi.org/10.1007/s10571-010-9532-x
10. Cotman C.W. Isolation of synaptosomal and synaptic plasma membrane fractions. Methods Enzymol., 1974, vol. 31, pp. 445–452. https://doi.org/10.1016/0076-6879(74)31050-6
11. Danbolt N.C. Glutamate uptake. Prog. Neurobiol., 2001, vol. 65, pp. 1–105. https://doi.org/10.1016/S0301-0082(00)00067-8
12. Englum B. R., Andersen N. D., Husain A. M., Mathew J. P., Hughes G. C. Degree of hypothermia in aortic arch surgery — optimal temperature for cerebral and spinal protection: deep hypothermia remains the gold standard in the absence of randomized data. Ann. Cardiothorac. Surg., 2013, vol. 2, pp. 184–193.
13. Grewer C., Gameiro A., Zhang Z., Tao Z., Braams S., Rauen T. Glutamate forward and reverse transport: From molecular mechanism to transporter-mediated release after ischemia. IUBMB Life, 2008, vol. 60, pp. 609–619. https://doi.org/10.1002/iub.98
14. Hertog H. M., van der Worp H. B., van Gemert H. M. A., Algra A., Kappelle L. J., van Gijn J., Koudstaal P. J., Dippel D. W. J. An early rise in body temperature is related to unfavorable outcome after stroke: data from the PAIS study. J. Neurol., 2011, vol. 258, pp. 302–307. https://doi.org/10.1007/s00415-010-5756-4
15. Kammersgaard L. P., Jørgensen H. S., Rungby J. A., Reith J., Nakayama H., Weber U. J., Houth J., Olsen T. S. Admission body temperature predicts long-term mortality after acute stroke: the Copenhagen Stroke Study. Stroke, 2002, vol. 33, pp. 1759–1762. https://doi.org/10.1161/01.STR.0000019910.90280.F1
16. Kumral E., Yüksel M., Büket S., Yagdi T., Atay Y., Güzelant A. Neurologic complications after deep hypothermic circulatory arrest: types, predictors, and timing. Texas Hear. Inst. J., 2001, vol. 28, pp. 83–88.
17. Lakhan S. E., Pamplona F. Application of mild therapeutic hypothermia on stroke: a systematic review and meta-analysis. Stroke Res. Treat, 2012, vol. 2012, p. 295906. https://doi.org/10.1155/2012/295906
18. Larson E., Howlett B., Jagendorf A. Artificial reductant enhancement of the Lowry method for protein determination. Anal. Biochem., 1986, vol. 155, pp. 243–248. https://doi.org/10.1016/0003-2697(86)90432-X
19. Liu L., Yenari M. A. Therapeutic hypothermia: neuroprotective mechanisms. Front. Biosci., 2007, vol. 12, pp. 816–825. https://doi.org/10.2741/2104
20. Liu L., Yenari M. A. Clinical application of therapeutic hypothermia in stroke. Neurol. Res., 2009, vol. 31, pp. 331–335. https://doi.org/10.1179/174313209X444099
21. Millán M., Grau L., Castellanos M., Rodríguez-Yáñez M., Arenillas J. F., Nombela F., Pérez de la Ossa N., López-Manzanares L., Serena J., Castillo J., Dávalos A. Body temperature and response to thrombolytic therapy in acute ischaemic stroke. Eur. J. Neurol., 2008, vol. 15, pp. 1384–1389. https://doi.org/10.1111/j.1468-1331.2008.02321.x
22. Mrozek S., Vardon F., Geeraerts T. Brain temperature: Physiology and pathophysiology after brain injury. Anesthesiol. Res. Pract., 2012, vol. 2012, p. 989487. https://doi.org/10.1155/2012/989487
23. Nakashima K., Todd M. M. Effects of hypothermia, pentobarbital, and isoflurane on postdepolarization amino acid release during complete global cerebral ischemia. Anesthesiology, 1996, vol. 85, pp. 161–168. https://doi.org/10.1097/00000542-199607000-00022
24. Percy A., Widman S., Rizzo J. A., Tranquilli M., Elefteriades J. A. Deep hypothermic circulatory arrest in patients with high cognitive needs: full preservation of cognitive abilities. Ann. Thorac. Surg., 2009, vol. 87, pp. 117–123. https://doi.org/10.1016/j.athoracsur.2008.10.025
25. Pozdnyakova N., Dudarenko M., Yatsenko L., Himmelreich N., Krupko O., Borisova T. Perinatal hypoxia: different effects of the inhibitors of GABA transporters GAT1 and GAT3 on the initial velocity of [³H]GABA uptake by cortical, hippocampal, and thalamic nerve terminals. Croat. Med. J., 2014, vol. 55, pp. 250–258. https://doi.org/10.3325/cmj.2014.55.250
26. Pozdnyakova N., Pastukhov A., Dudarenko M., Galkin M., Borysov A., Borisova T. Neuroactivity of detonation nanodiamonds: dose-dependent changes in transporter-mediated uptake and ambient level of excitatory/inhibitory neurotransmitters in brain nerve terminals. J. Nanobiotechnology, 2016, vol. 14, p. 25. https://doi.org/10.1186/s12951-016-0176-y
27. Rosen A. D. Temperature modulation of calcium channel function in GH3 cells. Am. J. Physiol., 1996, vol. 271, pp. C863–868. https://doi.org/10.1152/ajpcell.1996.271.3.C863
28. Rosen A. D. Nonlinear temperature modulation of sodium channel kinetics in GH(3) cells. Biochim. Biophys. Acta, 2001, vol. 1511, pp. 391–396. https://doi.org/10.1016/S0005-2736(01)00301-7
29. Soldatkin O., Nazarova A., Krisanova N., Borysov A., Kucherenko D., Kucherenko I., Pozdnyakova N., Soldatkin A., Borisova T. Monitoring of the velocity of high-affinity glutamate uptake by isolated brain nerve terminals using amperometric glutamate biosensor. Talanta, 2015, vol. 135, pp. 67–74. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2014.12.031
30. Sudhof T. C. The synaptic vesicle cycle. Annu. Rev. Neurosci., 2004, vol. 27, pp. 509–547. https://doi.org/10.1146/annurev.neuro.26.041002.131412
31. Volgushev M., Kudryashov I., Chistiakova M., Mukovski M., Niesmann J., Eysel U. T. Probability of transmitter release at neocortical synapses at different temperatures. J. Neurophysiol, 2004, vol. 92, pp. 212–220. https://doi.org/10.1152/jn.01166.2003
32. Volgushev M., Vidyasagar T. R., Chistiakova M., Eysel U. T. Synaptic transmission in the neocortex during reversible cooling. Neuroscience, 2000, vol. 98, pp. 9–22. https://doi.org/10.1016/S0306-4522(00)00109-3
33. Worp H. B., Sena E. S., Donnan G. A., Howells D. W., Macleod M. R. Hypothermia in animal models of acute ischaemic stroke: a systematic review and meta-analysis. Brain, 2007, vol. 130, pp. 3063–3074. https://doi.org/10.1093/brain/awm083
34. Xing C., Arai K., Lo E. H., Hommel M. Pathophysiologic cascades in ischemic stroke. Int. J. Stroke, 2012, vol. 7, pp. 378–385. https://doi.org/10.1111/j.1747-4949.2012.00839.x

скачати повний текст статті в форматі PDF