NÖROTOKSİSİTE TE VE GLUTAMAT İLİŞKİSİ Yard.Doç.Dr.Dr. Ahmet Hacımüft ftüoğlu Atatürk Üniversitesi,, Tıp T Fakültesi Farmakoloji Anabilim Dalı Trabzon Sunumu 26/10/2007 Nörotoksisite: Endojen ve ekse ksojen toksik maddelerin sinir sisteminin normal aktivitesini olumsuz yönde değiştirmesi nörotoksisite olarak adlandırılır. Bu değişiklik bazen sadece fonksiyonel düzeyde kalmaz, anatomik yani hücre yapısında değişikliğe kadar gidebilir. Nörotoksik ajan için miktar ve maruz kalma süresi önemlidir. 2 1
Ekzojen Kaynaklı Toksik Etkenler: Karbon monoksit gibi zararlı gazlar, İlaç tedavisi, Radyoterapi, Ağır metaller, Böcek ilaçları, Nörotoksinler, Çözücüler, Kozmetikler, Çeşitli yiyecekler (midyede domoik asit bulunması gibi) Doğal olarak bulunan çok çeşitli maddeler (bazı nohutlarda bulunan L-BOAA, bazı bitkilerde bulunan L-BMAA gibi) nörotoksik etki oluşturabilir. L-BOAA Beta-N-Oksalamino-L-alanin L-BMAA - Beta-N-metil-amino-L-alanin 3 Nörotoksinler: Nörotoksinlerin birçoğu voltaja bağımlı iyon kanallarını bozarak etki oluştururlar. Örneğin, Tetradotoksin ve batragotoksin sodyum kanalları, Maurotoksin, agitoksin, margatoksin, slotoksin ve hefutoksin gibi doğal kaynaklı nörotoksinler potasyum kanalları, Kalsiseptin, taikatoksin ve kalsikludin de kalsiyum kanalları üzerinden toksik etkilerini oluşturur. Arı,, akrep, örümcek, yılan zehiri çeşitli nörotoksinler içerirler. 4 2
Nörotoksik Hasar Türleri Nöron Normal Aksonopati Sinapslarda Aşırım Nöronopati Miyelinopati Bozukluğu Miyelin Akson Sinaps Nörotoksisite Tipleri Nöronopati: : Nöron hücresinin ölümü. Ölen nöronların yerine yeni nöronlar konulamaz. Alkol, CO vs. Aksonopati: : Akson dejenerasyonu. Periferik SS için geri dönüşümlüdür. Hekzan,akrilamid gibi Myelinopati: Myelin yapıda hasar. MSS ve PSS için büyük oranda geri dönüşlüdür. Kurşun,hekzaklorofen neden olabilir. Aşırım toksisitesi: Nörotransmisyon bloke olur. Organofosfat zehirlenmesi gibi. 6 3
Nörotoksisite vücutta oluşan endojen nörotoksik ajanlarla da oluşabilir. Buna en önemli örnek glutamattır. Glutamat aynı zamanda nörotransmitterdir. Glutamat konsantrasyonu bir nöronun çevresinde kritik düzeye erişirse, nöron apopitozisle ortadan kalkabilir. Glutamat dışında endojen nörotoksik ajanlar arasında kainik asit, kinolik asit, NO, bilirübin ve histamin de gösterilebilir. 7 Hacimuftuoglu A, 2003 8 4
Glutamat: L-Glutamat Sentezi: Beyinde L-glutamatL sinir terminallerinde iki kaynaktan sentezlenir. 1. Krebs siklusunda alfa-ketoglutaratın transaminasyonu yoluyla glukozdan, 2. Glial hücrelerde sentezlenen glutamin,, sinir hücresi terminallerine taşınır. Burada mitokondriyel glutaminaz enzimiyle lokal olarak glutamata dönüşür. BOS ta glutamin yüksek konsantransyonda bulunur. 9 EAAT3 EAAT2 EAAT1 Stephens RL 2006 1. Aspartat Aminotransferaz 2. Glutamin Sentetaz 3. Glutaminaz 10 5
Nörodejeneratif hastalık patojenezinde glutamatın rolü Huntington Hastalığı: NMDA agonisti kinolinat injeksiyonu semptomları taklit edebilir. AIDS demansı (HIV ile ilişkili kognitif-motor kompleks): Bu hastalıktaki nöron ölümü NMDA antagonistleri ile deneysel çalışmalarda geri çevrilebilmiştir. Nöropatik ağrı sendromu: NMDA antagonistleri ve NOS inhibitörleri ağrıyı azaltmıştır. 11 Parkinson Hastalığı: Nöronları glutamatın oluşturduğu nörotoksisiteye yatkın hale getirir. Amyotrofik lateral skleroz: Bu hastalıkta glutamat uptake aktivitesi azalarak motor nöronları glutamatla oluşan hasara yatkın hale getirir. 12 6
Homosistinüri, hiperprolinemi: : Zayıf glutamat reseptör agonisti gibi davranırlar. Kurşun ensefalopatisi Alzheimer Hast: : Beta-amiloid amiloid proteini birikimi nöronları glutamat toksisitesine yatkın hale getirir. Glutamat taşıyıcı ekpresyonu azalmıştır. Tourette sendromu: Bazal ganglionlardaki hasarın sorumlusunun glutamat olduğu düşünülmektedir. 13 Glutamat reseptörleri: NMDA Kainat AMPA (alfa-amino amino 3-hidroksi3 hidroksi-5- metilisokzasole-4-propionik asit) Metabotrobik reseptörler 14 7
NMDA reseptör kompleksi 15 Eksitatör ve inhibitör reseptörler: NMDA, kainat ve AMPA reseptörleri eksitatör etkiler oluştururlar. Metabotrobik Glutamat reseptörlerinin (mglur)) ise hem eksitatör hem de inhibitör etkileri bildirilmiştir. Bunların içerisinde hücresel düzeyde en fazla incelenen NMDA reseptörleri olmuştur. Bunların bellekle ilgili süreçler, gelişimsel plastisite,, epilepsi ve beyin iskemisinin nörotoksik etkileri gibi nörofizyolojik ve patolojik süreçlerde önemi ortaya konmuştur. 16 8
NMDA reseptörü: Ligantla açılıp kapanan iyon kanalı üzerindeki iki farklı protein alt-birimi olan NMDAR1 ve NMDAR2 (NR 2A,2B, 2C, 2D) den oluşur. Bu reseptörler beyin ve omurilikteki belirli nöronlarda yaygın olarak dağılmışlardır. Özellikle hipokampus ve serebral kortekste yüksek yoğunlukta bulunurlar. Aşırı ve/veya uzamış NMDA reseptör aktivasyonu ilerde anlatacağım mekanizmayla hedef nöronları öldürür. Bu sürece; eksitotoksisite denir. 17 NMDA reseptör aktif bölgeleri: Na+ + ve Ca +2 un hedef hücrelere girişini sağlayan yüksek iletimli kanal Glisin bağlanma bölgesi: Yeni antiepileptik ilaçlar ve ajanlar için bağlanma bölgesi, iskemik beyin hasarını artırdığı düşünülmekte Fensiklidin ve non- kompetetif antagonistlerin (ketamin( ketamin,, MK 801) bağlanma bölgesi: Bu antagonistler en fazla reseptör aktifken etkilidir. Voltaj bağımlı- Mg +2 bağlanma bölgesi Voltaj bağımsız blok yapan katyon bölgesi: Zn +2 bağlar Poliamin düzenleyici bölgesi: Spermin ve spermidin ile NMDA reseptörle düzenlenen iletimi kolaylaştırır. 18 9
NMDA reseptörü ve depolarizasyon sonrası değişim Na-Ca +2 kotransportunun inhibitörü olan KB-R 7943 maddesi, NMDA kanal etkinliğini bloke edebilir. 19 Poliaminlerin dramatik olarak yükseldiği beyin iskemisi ve beyin travması gibi patolojik durumlarda poliaminler,, oluşan nöronal hasardan sorumlu olan eksitotoksik mekanizmaları potansiyalize eder. Feniletanolaminlerden olan ifenprodil ve eliprodil (SL8207115),, NMDA resöptörünün poliamin bölgesinin antagonistidir, iskemi ve travma sonrası gelişen hasara karşı nöroprotektif etki meydana getirmişlerdir. 20 10
AMPA Reseptörlerinin GluR1,, GluR2, GluR3, GluR4 tipleri ve Kainik Asit Reseptörleri: GluR5, GluR6, GluR7, KA1, KA2 tipleri vardır. AMPA ve Kainik Asit (KA) reseptörleri hızlı eksitatör sinaptik aşırımda rol oynarlar. AMPA ve Kiskalat, AMPA reseptör kanallarının agonistidirler. Kainat ve Domeat, Kainik Asit reseptörlerine daha yüksek afinite gösteren agonistlerdir. GluR2 AMPA reseptör kanallarının kalsiyum iyonlarına çok düşük geçirgenliği vardır; bu tip reseptör kanallarının fazla miktarda ekspresyonu, nöronları glutamat reseptörü aktivasyonu sonrası oluşan 21 kalsiyum toksisitesine karşı korur. Metabotropik glutamat reseptörleri: Bunlar iyon kanallarıyla ilişkili reseptörlerin aksine yavaş sinaptik yanıt oluştururlar. Bunlar katyona özgül iyon kanallarına bağlanıp hızlı eksitatör sinaptik yanıt oluşturan iyonotropik glutamat reseptörlerinden farklıdır. İyonotropik glutamat reseptörlerinin aksine metabotrobik glutamat reseptörleri (mglurs( mglurs) aktive edildiğinde G proteinle kenetlenirler. Bu reseptörlerin 3 grubu ayırt edilir. GrupI: : mglur1, mglur5 GrupII: : mglur2, mglur3 GrupIII: : mglur4, mglur6,7,8 22 11
Metabotrobik reseptör aktivasyonu 23 Glutamat nörotoksisitesinin oluşum mekanizmaları: İki ayrı yolak glutamatın oluşturduğu nörotoksisite için bildirilmiştir. Bunlar eksitotoksik yolak ve oksidatif yolaktır. Eksitotoksik yolak yukarıda değinildiği gibi, NMDA ve diğer benzeri glutamat reseptörlerinin aşırı aktivasyonuna ve sonuçta hızlı ve yavaş sitotoksik olayların her ikisinin de tetiklenmesine yol açar. 24 12
Eksitotoksik yolaktaki hızlı etkiler, N-metilN metil-d- Aspartat Reseptörünün (NMDAR( NMDAR) aktivasyonuna bağlı olarak, Ca +2 iyonunun zararlı olan yüksek konsantrasyonda hücre içine girişine yol açar. Yavaş etkiler ise daha çok metabotrobik glutamat reseptör aktivasyonu sonrası gelişir. Oksidatif yolak,, glutamat-sistin antiport sistemini bozar, glutatyon seviyelerini azaltır ve nörotoksik olan aşırı reaktif oksijen oluşumuna yol açar. 25 Hücre içi kalsiyum artışı- nörotoksisite ilişkisi Hücre içi Ca +2 un aşırı miktarları nöronal disfonksiyon (işlev bozukluğu) ve hücre ölümüne yol açabilir. Nöronal Ca +2 artışı ATPaz, fosfolipazlar, proteazlar, endonükleazlar gibi bir çok enzimi aktive edebilir. Bu enzimlerin aktivitesindeki artış geri dönüşümsüz nöronal hasara yol açar. 26 13
Hücre içi serbest Ca +2 artışı Hücre dışı kaynaklı Ca +2 Hücre içi kaynaklı Ca +2 Voltaj bağımlı Ca kanalları ve Ligant bağımlı Ca kanalları içinden hücreye girer. Ca +2 Ca +2 IP 3 ın indüklediği Ca +2 salınımı ve Ca +2 nin indüklediği Ca +2 salınımı ile oluşur Bu olaylar sonucunda hücre içi düşük düzeydeki Ca +2 (10-8 M), yükselerek 10-7, 10-6 M düzeyine çıkar ve toksik etkilerini göstermeye başlar. Glutamat düzeylerinin 10-5 M üstüne yükseltilmesi hücre içi kalsiyumu daha fazla artıramaz. 27 28 Gepdiremen A, DuzenlI S, Hacimuftuoglu A, Suleyman H, Oztas S. Pharmacol Res.. 2001;43(3):241-4. 4. 14
Serbest oksijen radikalleri ve glutamat nörotoksisitesi Serbest oksijen radikalleri; süperoksid dismutaz enzimlerinin, katalazın ve glutatyon peroksidazın sıkı kontrolü altındadır. Serbest radikallerin ana üreticisi mitokondridir. Oksijen radikalleri hücre, doku ve organ hasarı oluşumuna katkı yaparlar. Salisilik Asit (SA), OH - radikali yakalayıcı olarak glutamat (10-7 M) ve Kainik Asit toksisitesini önlemede çok etkili bulunmuştur. Bu durum NMDA ve KA in serbest radikal oluşturarak hücre ölümü yaptığını düşündürmektedir. 29 Gepdiremen A, Hacimuftuoglu A, Duzenli S, Oztas S, Suleyman H. Pharmacol Res.. 2000;42(6):547-51. 30 51. 15
Serbest oksijen radikalleri ve glutamat nörotoksisitesi Serbest oksijen radikalleri glutamat uptake inhibisyonu yapabilir. Ayrıca NMDA reseptör aktivasyonu yaparak, süperoksit salınımına, hücre içi kalsiyum artışına ve NO oluşumuna yol açabilir. Çalışmalar, antioksidanların nöropatik ağrıda analjezik etkili olduklarını göstermiştir. Bu durum, serbest oksijen radikallerinin doku hasarının oluşturduğu ağrıda rolünün olduğunu düşündürmektedir. Serbest oksijen radikallerinin oluşturduğu ağrı, glutamat reseptör aktivasyon artışından kaynaklanabilir. Yani; Ağrı yolağının birinci sıra nöron ucundaki sinapsta glutamat artmaktadır, Glutamat taşıyıcıları hücre dışı glutamatı dengede tutmaya çalışmaktadır, Serbest oksijen radikalleri glutamat transportunu zayıflatmaktadır. 31 Fig.. 1. The effects of systemic phenyl-n-tert tert-butylnitrone (PBN) 50 mg/kg on formalin-induced induced pain in mice. The data are presented as cumulative mean licking and biting time ± S.E.M. (s) during the acute phase (0 5 min), quiescent phase (5 15 min), and tonic phase (15 30 min) ) of the formalin test. Asterisks indicate significant differences between the control group and the treatment group: : *P* < 0.05 by a two-way way ANOVA, followed by a Student Newman Newman Keuls post hoc test. Hacimuftuoglu A et al., Behav Brain Res. 16;173(2):211-6. 6. 2006 32 16
Fig.. 2. The effects of systemic doses of 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxy (TEMPOL) 200 and 50 mg/kg) on formalin-induced induced pain in mice. The data are presented as cumulative mean licking and biting time ± S.E.M. (s) during the acute phase (0 5 min), quiescent phase (5 15 min), and tonic phase (15 30 min) ) of the formalin test. Asterisks indicate significant differences between the control group and the treatment group: : ***P < 0.001 by a two-way way ANOVA, followed by a Student NewmanKeuls post hoc test. Hacimuftuoglu A et al., Behav Brain Res. 16;173(2):211-6. 6. 2006 33 Fig.. 3. The effects of systemic doses of N-acetyl-L-cysteine cysteine (NAC) 200 and 100 mg/kg on formalin-induced induced pain in mice. The data are presented as cumulative mean licking and biting time ± S.E.M. (s) during the acute phase (0 5 min), quiescent phase (5 15 min), and tonic phase (15 30 min) ) of the formalin test. Asterisks indicate significant differences between the control group and the treatment group: : *P* < 0.05; ***P < 0.001 by a two-way way ANOVA, followed by a Student Newman Newman Keuls post hoc test. Hacimuftuoglu A et al., Behav Brain Res. 16;173(2):211-6. 6. 2006 34 17
Bennet and Xie 1988 35 Sinir bağlanması sonrası oluşan nöropatik ağrı glutamat taşıyıcı proteinleri azaltmıştır Sinir bağlanması sonrası oluşan nöropatik ağrı Azalmış Glutamat Taşıyıcıları Sung, B. et al. J. Neurosci. 2003;23:2899-2910, 36 18
x EAAT3 x EAAT2 EAAT1 Stephens RL 2006 37 Sonuçta glutamat artmış, NMDA fazla uyarılmış olabilir. Bu ancak glutamatın o bölgede belirlenmesiyle mümkün olan kesinleştirilememiş bir durumdu. Fakat son zamanlarda glutamat artışı in vivo voltametri teknikleriyle ortaya konulabilmektedir. Duyusal ağrı yolağının 1. sinapsında glutamat major eksitatör nörotransmitterdir. Antikanser ilaçlardan olan paklitakselin oluşturduğu nöropatik ağrının da bu bölgedeki artmış glutamat salınımından kaynaklandığı ortaya konmuştur. Burada in vivo voltametriyle glutamat artışı gösterilmiştir. 38 19
Binns BC, 2005 39 Figure 1: Glutamate amplitudes on control (a) and paclitaxel taken -treated animals mice (b) a ConcentrationVS. Time b ConcentrationVS. Time 400 400 350 300 350 } 50μM Glutamate } 50μM Glutamate 300 Concentration( M) 250 200 150 4ox TTL Concentration( M) 250 200 150 2ox TTL 100 100 50 50 0 3750 3800 3850 3900 3950 4000 4050 Time (10 Time (seconds) intervals) 0 2120 2140 2160 2180 2200 2220 2240 2260 Time (seconds) Time (10 sec intervals) Hacimuftuoglu A et al.,efic, EJP,2006,S60 20
NO-glutamat toksisite ilişkisi: NMDA ve KA reseptör aktivasyonunun serebellar parçalarda argininden NO sentezini indüklediği gösterilmiştir. NO serebral iskemide ikili rol oynar; nöroproteksiyon ve nörotoksisite. Nörotoksin olarak NO, glutamat salınımını ve NMDA reseptörlerin aşırı aktivasyonuyla iskemik eksitotoksik beyin hasarını artırır. Diğer taraftan serebral iskeminin erken basamaklarında iskemik bölgenin kanlanmasını artırır. Bir nitrik oksit sentaz inhibitörü olan 7-nitroindazolün, NMDA nın intrastriatal injeksiyonu ile oluşturulan hasarı azalttığı fakat KA veya AMPA yla oluşturulan hasara etkisi olmadığı gösterilmiştir. Bir çalışmada SNP (sodyum nitroprussid) hidroksil radikal oluşumuna neden olmuştur. Bu çalışmada nimodipin ve dantrolen SNP nin oluşturduğu nörotoksisiteyi önlemede başarısız olmuştur. 41 NMDA receptor Ca 2+ Glutamate Ca 2+ Glutamate Thiol S Zn finger Thiol S Zn finger NMDA receptor Ca 2+ CAM nnos NOS NO NO ONOO - nörotoksisite 21
Glutamat/sistin antiport sistem bozukluğu ve nörotoksisite: Glutamat/sistin antiportu sistini hücre içine, glutamatı hücre dışına taşır. 10-4 M lık ekstraselüler glutamat konsantrasyonunda sistin alımı tamamen durur. Sistin, hücrede antioksidan savunma mekanizması olan indirgenmiş glutatyon (GSH) un sentezi için gereklidir. GSH, ekstraselüler glutamat tarafından tüketilirse hücreler bir çeşit programlı hücre ölümüyle ölebilirler. Bu tip hasar antioksidanlarla bariz şekilde azaltılabilir. 43 Tore Syversen-2006 SSCT 44 22
Glutamat taşıyıcıları ve eksitotoksisiteye yatkınlık: Glutamat taşıyıcıları için genler klonlanmıştır ve 5 alt-tip tip ayırt edilmiştir. Glutamat/aspartat aspartat taşıyıcısı (GLAST=EAAT1), glutamat taşıyıcısı 1 (GLT-1=EAAT2), eksitatör aminoasit taşıyıcısı 3 (EAAC1=EAAT3), eksitatör aminoasit taşıyıcısı 4 (EAAT4) ve EAAT5. Glutamat taşıyıcılarının uptake inhibitörü threo-beta beta- benzyloxyaspartate (TBOA) sinaptik aralıkta glutamat artışına yol açarak, NMDA reseptörlerinin aktivasyonu sonucu nörotoksik etki oluşturur fakat gliotoksik değildir. TBOA,, ciddi nekrotik nörodejenerasyona yol açmıştır. Glutamat taşıyıcılarının nekrotik ölüme karşı önemli koruyucu etkileri görülmüştür. Bu etki glutamat reseptör antagonistleri ile bloke edilebilmiştir. İlave olarak TBOA, sıçan hipokampusunda iskemi oluşturmuştur. 45 x EAAT3 x EAAT2 EAAT1 Stephens RL 2006 46 23
GLT-1 i genetik olarak ortadan kaldırılan farelerde azalmış glutamat taşınımı aktivitesi sonucu nöbetler ve nörotoksisiteye yatkınlık gözlenmiştir. Glutamat taşınımı aktivitesinde değişiklikler saptanan hastalıklar arasında ALS (Amyotrofik( lateral skleroz), Huntington,, Parkinson ve Alzheimer Hastalığı sayılabilir. Glutamat disfonksiyonu patojeneze katkı mı yapıyor yoksa hastalık patolojisinin bir sonucu mu bilinmemektedir. Ama nörodejenerasyonun başlangıcında glutamat taşıyıcı aktivitede değişimler başlar. 47 ALS: GLT-1 1 (EAAT2) taşıyıcı miktarı düşük bulunmuştur. Burda değişmiş GLT-1 mrna süreçlerinden bahsedilmektedir. Son çalışmalar, beta laktam antibiyotiklerin glutamat taşıyıcı aktivite artışı yaptıkları yönünde bilgi vermektedir ve ALS hastalarında denenmektedir. Alzheimer Hast: Glutamat taşıyıcılarının sayısı yaşlılıkta azalmaya başlar.. Sağlıklı gruplarla karşılaştırınca Alzheimer hastalarında EAAT1 ekspresyonu azalmıştır.. GLT-1 (EAAT2) inaktivasyonu gözükür. Plateletlerdeki uptake aktivitesi beyin glutamat upteki hakkında bilgi verebilir. 48 24
Rothstein JD et al, Nature, 433(7021):73-7, 7,2005 49 İnme, omurilik yaralanması: Glutamatın taşınma yönü tersine döner, sinaptik glutamat artar. Bu durumda beta laktam antibiyotiklerle glutamat uptekinin artırılmasının tedavi edici etkisi olabilir. Bu konuda yap lm lm ş olan çal şmalar dikkate al nd nd ğ nda; glutamat n nörotoksisite oluşumunda umunda hangi mekanizmalar ne ölçüde kulland ğ ğ n kesin olarak ortaya koyabilmek içinin daha ileri araşt rmalara rmalara gerek olduğu gerçeği ortaya ç kmaktad r. 50 25
Gelecekte Yapılması Planlanan Çalışmalar Paklitakselin oluşturacağı olası nörotoksik etkilerin nöron hücre kültür ortamında gösterilmesi (Tübitak 1001 projesi kapsamında desteklendi). Antikanser ilaçların indüklediği ağrı duyarlılık artışının glutamat düzeyiyle ilişkisi (Tübitak 1001 projesi kapsamında 3 yıllığına desteklendi). Kapsaisinin indüklediği spinal glutamat salıverilmesi ve ağrı ilişkisi (voltametri çalışması) Genetiği değiştirilmiş farelerde glutamat taşıyıcı proteinlerin yokluğunda, paklitakselin oluşturacağı etkilerin değişimi 51 TEŞEKKÜR Prof.Dr.. Robert Stephens (Ohio State University) Prof.Dr. Akçahan Gepdiremen Prof.Dr.. Fatma Göçer Doç.Dr. Halis Süleyman Yard.Doç.Dr. Zekai Halıcı Prof.Dr. Greg Gerhardt ve Sensor Teknolojisi Çalışanları (Kentucky Üniversitesi) Araş.Gör. Elif Çadırcı Res.Ass Ass. Chalonda Handy Res. Kenny Roman Dr. Abdülmecit Albayrak 52 26
Kinolinik Asit: Kinolinik asid,, L-triptofandanL sentezlenen endojen eksitatör nörotoksindir. Kinolinik asit NMDA resöptörü üzerinden toksisite oluşturur. Kinolinik asid seviyesinin AIDS hastalarında dramatik olarak yükseldiği bulunmuştur. AIDS demansında motor belirtiler, BOS taki kinolinat seviyeleriyle orantılıdır. Antiretroviral ajan azidotimidinle tedavi BOS kinolinat seviyelerini azaltmıştır. 53 NMDA ve non-nmda reseptör antagonistlerinin yenidoğan beyin kültürlerinde, florosan mikroskopuyla patolojik değerlendirmesi CHX: Sikloheksimid: : Programlı hücre ölümünde peptidil transferaz aktivitesini önleyerek proteinlerin sentezini önler S. Grojean Exp Neurol 166 (2000), 334 341 341 54 27
Domoik asid (DA) su yosunlarında bulunur ve yosunlarla beslenen midyenin yenmesiyle insanda toksik birikim olabilir. DA, Kainik Asit reseptör agonistidir. 1987 de Kanada da domoik asit zehirlenme salgını oluşmuştur. Bu nörotoksinin insanda birikimi hipokampusa zarar verebilir ve demans oluşturabilir. 55 Bir çeşit nohutun (Latirus Sativus) ) diyetsel birikimiyle ilişkili olarak gelişen nörolatrizm,, Doğu Afrika ve Güney Asya da sık görülen bir durumdur. Beta-N-Oksalamino Oksalamino-L- alanin (L-BOAA) bu bitkiden ayrıştırılan sorumlu toksindir. Bu aminoasit AMPA resöptör agonisti gibi davranır. Motor korteks ve lumbar sipinal kortta seçici olarak toksik etkiler oluşturur. Cycascircinalis bitkisinin tohumu beta-n-metil metil-amino-l- alanin (L-BMAA) aminoasiti içerir. Nötraldir, eksitatör veya toksik değildir ama bikarbonatın varlığında eksitotoksik olur ve AMPA ve NMDA reseptör agonisti gibi davranır. 56 28
57 58 29
Activation of voltage-gated gated sodium channels triggers excitotoxicity 59 Glia subsets of glia have been shown to contain: 1.voltage voltage-gatedgated Na+and and Ca2+channels 2.Cl Cl-channels 3.Na Na+/K+ +/K+pumps; ; HCO3-/H+ /H+exchanger 4.neurotransmitter transporters (glu, GABA, gly,, ) 5.neurotransmitter receptors 60 30
Thomas C. Westfall 61 Glutamatın ortamdan taşıyıclarla alınma hızı yaşla değişmekte (rat( çalışması) Greg Gerhard 2006,Sensor teknoloji 62 Kursu, Kentucky 31
Thomas C. Westfall 63 threefold increase in protein levels and a comparable increase in GLT-1 1 specific biochemical and electrophysiological transport. Nick Provart 64 32
Steve Cox-J16 J16-2003 65 NO as a friend: NMDA Huntington s Ca 2+ >90% of neurons die but all nnos neurons survive Glutamate RJ Ferrante, 1985 Thiol S Zn finger S-nitrosylation of thiol or S-nitrosylation of zinc finger and redox of thiols NMDA receptor closes the NMDA receptor CAM nnos NO Prevents excessive NMDA activation and neurotoxicity SA Lipton, 1993; M. Gbadegesin, 1999; M. Espey, 2000 Concentration, distance or form of NOS which decide of NO effect but also a type of the cell. Can the form of NO affect its effect? 66 33
NO + NO & NMDA Neurotoxicity vs. NO Related Neuroprotective Effects Ca 2+ Thiol S Glutamate NO, O 2- Zn finger NMDA receptor NGL, SNAP = donor of NO + ; neuroprotective SIN-1 = NO, O 2- ; neurotoxic SA Lipton, 1993. Factors deciding of the NO effect: NO ONOO- Concentration Distance Type of the neuron Form of NO Can intra-extracellular milieu affect the NO effect? 67 Kalsiyum nörotoksisite ilişkisi Glutamat reseptör aktivasyonu sonrası gelişen kalsiyum artışı; protein kinaz, fosfolipaz,, NO sentezi, mitokondriyal fonksiyon bozulması ve serbest radikal oluşumuna yol açar. Kalsiyumun artışı, bu sayılan öldürücü süreçlerin birini veya birkaçını aktive edebilir. Bazı araştırıcılara göre serbest kalsiyum artışı, membran bütünlüğünün bozulması sonrası gelişen bir olaydır ve oksidanların indüklediği hücre ölümüne katkısı yoktur. Fakat diğer bir görüşe göre hücre içi kalsiyum seviyelerindeki erken yükselmenin oksidatif stresi oluşturduğu, mitokondrilere zarar verdiği ve kalsiyum bağımlı sindirici enzimleri aktiflediği,, mitokondri ve iskeleti hasarladığı ve sonuçta oksidanların indüklediği hücre ölümlerinde merkezi bir rol oynadığı savunulmuştur. 68 34
Kalsiyum nörotoksisite ilişkisi Endoplazmik retikulum (ER) kalsiyumun hücre içindeki major depo yeridir ve hücresel kalsiyum homeostazisini sağlar. Oksidanlar, sulfidril aktif ajanlar ve serbest radikaller kalsiyum- ATPazı inhibe eder. ER den kalsiyum salar. Bu durum ER kalsiyumunun oksidan toksisitesinde rol oynadığını düşündürmektedir. Dantrolen, sarkoplazmik retikulum ve ER den kalsiyum salınımını inhibe eder. Dantrolen,, çalışmamızda, glutamat toksisitesinde oluşan hücre ölümünü önlemiş, nimodipinle beraber daha da önlemiş fakat kontrol değerine çekememiştir. Bu sonuçta, sodyum/klor bağımlı glutamat toksisite komponenti rol oynayabilir. Metabotrobik glutamat agonistleri ile hücre kültürlerinde oluşan astrosit şişmesi, dantrolen tarafından azaltılmıştır. Nimodipin,, kainatın indüklediği nörotoksisitede de doz-bağımlı nöroproteksiyon yapmaktadır. 69 Depolanma, salınma ve gerialınım: Glutamat içeren sinir uçları glutamatı sinaptik veziküllerde depolar ve sinir uçlarının depolarizasyonu ile Ca +2 a bağımlı ekzositotik süreçle glutamatı sinaptik aralığa salıverir. Sinaptik glutamatın etkisi presinaptik sinir terminalinde ve/veya glial hücrelerdeki yüksek afiniteli uptake yapan sodyum kenetli glutamat taşıyıcılarıyla sonlandırılır. Glutamat glial hücrelerde glutamin sentetazla glutamine döndürülür. Astrositlerde glutamat alfa ketoglutarata okside olabilir. Bu da aktif bir şekilde sinire taşınabilir ve nöronal glutamat sentezi sırasında eksilen alfa-ketoglutaratın yerine konabilir. Glutamat sentezi; ana prekürsörü olan glutaminin birikimi, yeni sentezlenen glutamat salınımı ve son ürün inhibisyonuyla kontrol altında tutulur. Glutamat reseptörlerinin aşırı veya uzun süre aktivasyonu eksitotoksisiteye ve nöron ölümüne yol açabilir. Hücrelerarası glutamat konsantrasyonu 1-33 µm ıµ aştığı zaman toksikasyon başlar. 70 35
Bu durumda NO toksisitesinde kalsiyumun oksidan hücre ölümünün sebebi değil, sonucu olduğu yaklaşımına güç vermektedir. Fakat NMDA reseptör aktivasyonunda tersi durum söz konusuydu. SNP nin indüklediği nörotoksisitede kalsiyum salınımı muhtemelen nöronların membran bütünlüğünün bozulmasından kaynaklanmaktadır.. Fakat NO sentezi için hücre içi kalsiyumun gerekliliği de bir başka önemli noktadır. NO ın, glutamat nörotoksisitesinde NMDA reseptör kenetli iyon kanallarını kapatarak koruyucu rol oynadığı, fakat NO in artan konsantrasyonlarının, oksijen radikal oluşumuyla ilişkili olduğu ve toksik hale gelmeye başladığı, retinal nöron kültürlerinde gösterilmiştir. 71 Gepdiremen A, Hacimuftuoglu A, Buyukokuroglu ME, Suleyman H. Nitric oxide donor sodium nitroprusside induces neurotoxicity in cerebellar granular cell culture in rats by an independent mechanism from L-type or dantrolene-sensitive calcium channels. Biol Pharm Bull.. 2002 Oct;25(10):1295 ;25(10):1295-7. 72 36
Gepdiremen A, Hacimuftuoglu A, Buyukokuroglu ME, Suleyman H. Nitric oxide donor sodium nitroprusside induces neurotoxicity in cerebellar granular cell culture in rats by an independent mechanism from L-type or dantrolene-sensitive calcium channels. Biol Pharm Bull.. 2002 Oct;25(10):1295 ;25(10):1295-7. 73 Gepdiremen A, Hacimuftuoglu A, Buyukokuroglu ME, Suleyman H. Nitric oxide donor sodium nitroprusside induces neurotoxicity in cerebellar granular cell culture in rats by an independent mechanism from L-type or dantrolene-sensitive calcium channels. Biol Pharm Bull.. 2002 Oct;25(10):1295 ;25(10):1295-7. 74 37
75 76 38