قسمتی از متن ترجمه مقاله فعال سازی میکروگلیا و مسیر نیتریک اکسید PKG/cGMP/در مالتیپل اسکلروزیس(MS) تجربی، زمینه ساز افزایش آسیب پذیری عصبی نسبت به اختلال عملکرد میتوکندری است
- چکیده
- کلمات کلیدی
- 1. مقدمه
- 2. مواد و روش‌ها
- 2.1. القای آنسفالومیلیت خودایمن تجربی مزمن عودکننده
- 2.2. آماده‌سازی و نگهداری قطعات نمونه برای سنجش الکتروفیزیولوژی
- 2.3. الکتروفیزیولوژی
- 2.4. ایمونوهیستوشیمی
- 2.5. آماده‌سازی برش‌های خام میتوکندری
- 2.6. ارزیابی فعالیت کمپلکس IV
- 2.7. داروها
- 2.8. تجزیه و تحلیل آماری
- 3. نتایج
- 3.1. سمیت عصبی القاشده توسط مهار کمپلکس IV زنجیره تنفسی میتوکندری، به‌طور قابل‌توجهی در طی ام اس تجربی افزایش پیدا می‌کند
- 3.2. سدیم آزید NaN3 موجب مهار قابل‌توجه کمپلکس IV میتوکندری در شرایط کنترل و در طی EAE می‌شود.
- 3.3. افزایش آسیب عصبی مرتبط با مهار کمپلکس IV میتوکندری در طی EAE بستگی به مسیر /cGMP/ PKG نیتریک اکسید دارد
- 3.4. قرارگیری در معرض مهارکننده‌های اختصاصی مسیر فعال‌شده توسط NO در برابر سمیت عصبی القاشده توسط مهار کمپلکس IV زنجیره تنفسی میتوکندری در شرایط کنترل محافظت نمی‌کند
- 3.5. فعال‌کننده‌های اختصاصی مسیر فعال NO سمیت عصبی القاشده توسط مهار کمپلکس IV زنجیره تنفسی میتوکندری در شرایط کنترل را افزایش نمی‌دهند
- 3.6. قرارگیری در معرض سایتوکاین‌های پیش‌التهابی، سمیت عصبی القاشده توسط مهار کمپلکس IV میتوکندری را تحت تأثیر قرار نمی‌دهد
- 3.7. فعال‌سازی میکروگلیا موجب پیشبرد افزایش آسیب‌پذیری عصبی نسبت به مهار کمپلکس IV میتوکندری طی EAE می‌شود
- 4. بحث
- 5. نتایج
- Abstract
- Keywords
- 1. Introduction
- 2. Materials and methods
- 2.1. Induction of chronic-relapsing EAE
- 2.2. Preparation and maintenance of slices for electrophysiological recordings
- 2.3. Electrophysiology
- 2.4. Immunohistochemistry
- 2.5. Mitochondrial crude fraction preparation
- 2.6. Complex IV activity evaluation
- 2.7. Drugs
- 2.8. Statistical analysis
- 3. Results
- 3.1. Neuronal toxicity induced by mitochondrial respiratory chain complex IV inhibition is markedly enhanced during experimental MS
- 3.2. Sodium azide (NaN3) induces a significant mitochondrial complex IV inhibition both in control conditions and during EAE
- 3.3. The increased neuronal vulnerability to mitochondrial complex IV inhibition during EAE depends on the nitric oxide/cGMP/PKG pathway
- 3.4. Exposure to specific inhibitors of NO-activated pathway does not protect from neuronal toxicity induced by mitochondrial respiratory chain complex IV inhibition in control conditions
- 3.5. Specific activators of the NO-activated pathway do not enhance neuronal toxicity induced by mitochondrial respiratory chain complex IV inhibition in control conditions
- 3.6. Exposure to pro-inflammatory cytokines does not influence neuronal toxicity induced by mitochondrial complex IV inhibition
- 3.7. Microglial activation drives the increased neuronal susceptibility to mitochondrial complex IV inhibition during EAE
- 4. Discussion
- 5. Conclusions
- Acknowledgements and funding
- Competing interests
- References
چکیده
مشخص شده است که طی بیماری ام اس (MS)، ارتباط نزدیکی میان التهاب و دژنراسیون عصبی آکسونی به‌وجود می‌آید که به فرضیه‌ای منجر می‌شود بر مبنای اینکه سازوکارهای ایمنی می‌توانند باعث تحلیل عصبی و پیشرفت غیر قابل بازگشت بیماری شوند. به‌نظر می‌رسد کمبود انرژی و التهاب در اثر اختلال عملکرد میتوکندری در این فرایند نقش دارند. ما در این مطالعه با ثبت الکتروفیزیولوژیک پتانسیل میدانی جسم مخطط، چگونگی تاثیر فرایند التهابی مربوط به آنسفالومیلیت خود ایمن تجربی (EAE) بر آسیب‌پذیری عصبی نسبت به مهار کمپلکس IV میتوکندری (که یکی از اجزای حیاتی برای فعالیت میتوکندری و مسئول استفاده از حدود %90 اکسیژن سلولی است) را بررسی کردیم. ما نشان دادیم که طی مرحله عود EAE حاد، حساسیت نورونی نسبت به مهار کمپلکس IV به‌طور چشمگیری افزایش پیدا می‌کند. این اثر مخرب، با مهار دارویی میکروگلیا، سنتز نیتریک اکسید (NO) و مسیر داخل سلولی آن (شامل گوانیلیل سیکلاز محلول sGC)) و پروتئین‌کیناز G (PKG)) خنثی می‌شود. نتایج به‌دست آمده نشان می‌دهد کمپلکس IV میتوکندری نقش مهمی در حفظ هومئوستازی انرژتیک نورونی طی آنسفالومیلیت خود ایمن تجربی ایفا می‌کند. فرایندهای آسیب‌شناختی مربوط به ام اس تجربی و به‌خصوص فعال شدن میکروگلیا و مسیر نیتریک اکسید، باعث افزایش آسیب‌پذیری نورونی نسبت به مهار کمپلکس IV میتوکندری می‌شود که اهداف دارویی امیدبخشی را نشان می‌دهد.
کلمات کلیدی: اسکلروز چندگانه، اختلال عملکرد میتوکندری، تحلیل عصبی، نیتریک اکسید، میکروگلیا، راهبردهای محافظت عصبی.
Abstract
During multiple sclerosis (MS), a close link has been demonstrated to occur between inflammation and neuro-axonal degeneration, leading to the hypothesis that immune mechanisms may promote neurodegeneration, leading to irreversible disease progression. Energy deficits and inflammation-driven mitochondrial dysfunction seem to be involved in this process. In this work we investigated, by the use of striatal electrophysiological field-potential recordings, if the inflammatory process associated with experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) is able to influence neuronal vulnerability to the blockade of mitochondrial complex IV, a crucial component for mitochondrial activity responsible of about 90% of total cellular oxygen consumption. We showed that during the acute relapsing phase of EAE, neuronal susceptibility to mitochondrial complex IV inhibition is markedly enhanced. This detrimental effect was counteracted by the pharmacological inhibition of microglia, of nitric oxide (NO) synthesis and its intracellular pathway (involving soluble guanylyl cyclase, sGC, and protein kinase G, PKG). The obtained results suggest that mitochondrial complex IV exerts an important role in maintaining neuronal energetic homeostasis during EAE. The pathological processes associated with experimental MS, and in particular the activation of microglia and of the NO pathway, lead to an increased neuronal vulnerability to mitochondrial complex IV inhibition, representing promising pharmacological targets.
Keywords:
Multiple sclerosis
Mitochondrial dysfunction
Neurodegeneration
Nitric oxide
Microglia
Neuroprotective strategies
3.5. فعال‌کننده‌های اختصاصی مسیر فعال NO سمیت عصبی القاشده توسط مهار کمپلکس IV زنجیره تنفسی میتوکندری در شرایط کنترل را افزایش نمی‌دهند
نتایج شرح داده‌شده در بالا گویای این است که التهاب عصبی قادر به افزایش سمیت عصبی القاشده توسط مهار کمپلکس IV زنجیره تنفسی میتوکندری است و نقش بالقوه مهمی در این روند به NO و مسیر آن شامل sGC و PKG می‌تواند نسبت داده شود. برای بررسی بیشتر این فرضیه فعال‌سازی مجزای مسیر NOدر شرایط کنترل بدون فرایندهای التهابی CNS، که قادر به تقلید اثرات سوء EAE بر اختلال عملکرد کمپلکس IV میتوکندری است مورد آزمایش قرار گرفت. سپس فعال‌کننده‌های دارویی اختصاصی مسیر نیتریک اکسید برای نشان دادن اینکه قرارگیری در معرض این عوامل قادر به افزایش خود به خودی توکسیسیتی عصبی القاشده توسط NaN3 در غیاب التهاب عصبی است مورد استفاده قرار گرفت. به‌خصوص از SNAP (S-nitroso-N-acetylpenicillamine)، دهنده نیتریک اکسید، 2-furyl-1-benzyl-indazole) YC-1 (3-5-hydroxymethyl فعال‌کننده sGC و 8Br-cGMP، فعال‌کننده PKG استفاده شد. قرارگیری همزمان برش‌های مغزی به‌دست‌آمده از موش‌های کنترل C57Bl/6 در معرض 100 μM SNAP و 1mM NaN3 پس از 30 تا 35 دقیقه در مقایسه با حالت القاشده با 1mM NaN3 به‌تنهایی با یک تفاوت غیر معنی‌دار آماری (n=5, p >.05) کاهش دامنه fEPSP مشابهی را القا کرد. به‌طور مشابه استفاده همزمان از 1 μM YC-1 یا 8Br-cGMP همراه با 1mM NaN3 قادر به تقویت کاهش مطلق دامنه fEPSP نبود، که پیش‌ازاین به‌صورت قرارگیری مطلق در معرض 1mM NaN3 شرح داده‌شده بود); n=7, p >.05 (respectively n=6, p >.05. این یافته‌ها بیانگر این است که آزاد شدن مجزا، گذرا و فارماکولوژیک NO در حالت in vitro و فعال شدن گذرای مسیر آن برای وخیم‌تر شدن اثرات EAE بر فعالیت کمپلکس IV میتوکندری کافی نیستند، که پیشنهاد می‌دهد، مسیر مولکولی منتهی به این اثرات مخرب احتمالاً نیاز به وجود سایر میانجی‌های التهابی یا قرارگیری طولانی‌مدت در معرض غلظت‌های بالای NO و فعال‌سازی sGC/PKG دارد.
4. بحث
نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهد که روند التهاب عصبی مرتبط با EAE، قادر به افزایش فراوان آسیب‌پذیری عصبی، نسبت مهار کمپلکس IV میتوکندری است. به طرز جالبی قرارگیری در معرض مهارکننده‌های سنتز NO و مسیرهای داخل سلولی آن قادر به معکوس کردن این اثرات مخرب می‌شود که گویای نقش کلیدی این میانجی‌های التهابی محلول در برقراری پیوند میان التهاب و آسیب عصبی و یک میانکنش مخرب میان فعال‌سازی sGC/PKG مرتبط با التهاب و فعالیت کمپلکس IV میتوکندری است.
به نظر می‌رسد اختلال عملکرد میتوکندری، از همان اولین مراحل بیماری، پتانسیل آسیب‌زایی در دژنراسیون عصبی-آکسونی در طی دوره ام‌اس را دارد. مطالعه ضایعات دمیلینه شده آسیب عصبی و قطع شدن آکسون ها را نشان می‌دهد که بیانگر ایجاد این ضایعات، در اثر التهاب طی دوره بیماری است. طبق آنچه اخیراً نشان داده‌شده است، هم در حالت آزمایشی ام‌اس و هم در انسان، زمانی که هنوز غلاف میلین تحت تأثیر قرار نگرفته است، یک شکل برگشت‌پذیر از التهاب آکسونی کانونی که در ادامه به‌طور بالقوه منجر به قطع شدن آکسون ها می‌شود در مرحله اولیه التهاب عصبی قابل‌تشخیص است. آسیب آکسونی آزمایش‌شده تحت عنوان دژنراسیون آکسونی کانونی (FAD) که بیشتر در نواحی با نفوذ شدید سلول‌های ایمنی CNSوجود دارد، این فرضیه را تقویت می‌کند که تولید محصولات التهابی محلول و منتشر شونده مثل گونه‌های فعال اکسیژن و نیتروژن توسط ماکروفاژ ها و میکروگلیا‌های فعال صورت می‌گیرد. جالب‌توجه اینکه اولین تغییر فراساختار آزمایش‌شده طی FAD یک التهاب میتوکندری داخل آکسونی بود که نشان می‌داد، اختلال عملکرد اولیه میتوکندری می‌تواند روند آسیب‌زایی منجر به FAD را شروع نماید. استفاده از RNS و دهنده NO قادر به القای ناهنجاری‌های میتوکندری مشابهی بودند که بیانگر نقش کلیدی این ترکیبات در دژنراسیون آکسونی و غیر مرتبط با آسیب غلاف میلین است.
شواهد تأییدکننده این فرضیه است که در طی آنسفالومیلیت خودایمن تجربی، نورون‌های CNS در معرض از دست دادن فعالیت تنفسی میتوکندری هستند. جالب اینکه گرچه آسیب‌پذیری نورون‌های جسم مخطط نسبت به مهار کمپلکس IV میتوکندری در طی EAE به‌طور عمده‌ای افزایش یافت، فعالیت پایه کمپلکس IV در این گرو آزمایشی کاهش نیافت. وجود بقایایی از عملکرد کمپلکس IV می‌تواند یک فاکتور کلیدی در حفظ هومئوستازی بوده و از ناهنجاری انرژتیک سلول در طی ام اس جلوگیری کند. چندین مشاهده حاکی از افزایش تراکم میتوکندری داخل آکسونی و افزایش فعالیت آکسونی کمپلکس IV در ضایعات وخیم ام‌اس است که بیانگر یک مکانیسم جبرانی می‌باشد.
ازآنجاکه به‌کارگیری مهارکننده‌های دارویی سنتز NO قادر به حفظ نورون‌ها از اختلال عملکرد کمپلکس IV میتوکندری در طی EAE بود ولی در شرایط کنترل نبود، این میانجی‌ها می‌توانند یکی از بزرگ‌ترین ایجادکنندگان پیوند میان التهاب و اختلال میتوکندری در این زمینه آزمایشی باشند. این فرضیه بیشتر به‌واسطه شواهدی مبنی بر اینکه آکسون های فعال ازنظر الکتریکی با افزایش نیاز انرژتیک ، وقتی در معرض غلظت‌های کم NO قرار می‌گرفتند بیشتر تمایل به دژنراسیون داشتند، مشابه آن‌ها که در ضایعات فعال ام‌اس وجود داشتند. این باید با نتایج آسیب شناختی اختلال عملکرد میتوکندری همراه با کاهش تولید ATP بر هومئوستازی یونی آکسون ها که به‌واسطه NO القاشده است مرتبط باشد. حفظ فعالیت الکتریکی که می‌تواند ورود سدیم (Na+) از طریق کانال‌های سدیمی وابسته به ولتاژ را افزایش دهد، نیازمند افزایش فعالیت یک مکانیسم وابسته به انرژی دفع سدیم است. در شرایط التهابی، میانجی‌هایی مانند NO می‌توانند به‌واسطه مهار میتوکندری موجب ناهنجاری انرژتیک شوند که به ایجاد عدم تعادل بین نیاز انرژتیک آکسون و تولید ATP میتوکندری در آکسون های دمیلینه شده کمک می‌کند.
هنوز درباره مضر بودن یا نقش محافظتی فعال شدن مسیر sGC/PKG بر زیست پذیری سلول‌ها بحث وجود دارد. درواقع برخی نویسندگان نشان دادند که هم در بافت عصبی و هم میوکاردی در شرایط in vitro، قرارگیری گذرا در معرض NO، پس از ایسکمی، به‌دلیل مهار نفوذپذیری میتوکندری مرتبط با sGC/PKG، آزاد شدن سیتوکروم c و فعال‌سازی کاسپاز، تمام فرایندهای دخیل در آپوپتوز سلولی به‌واسطه اختلال عملکرد میتوکندری قادر به ایفای نقش ضد آپوپتوزی است. از طرفی دیگران نشان دادند که حفظ فعالیت sGC/PKG می‌تواند موجب انتشار آپوپتوز سلولی و نکروز در بافت پانکراس و به‌واسطه مهار PKG می‌تواند معکوس شود. این ممکن است که فعال‌سازی مسیر درون‌سلولی NO موجب القای دیگر اثرات ضد آپوپتوزی یا پیش آپوپتوزی سلولی به‌واسطه میانکنش با اهداف متفاوت میتوکندری شود، که به نوع تحریک (گذرا یا حفظ‌شده)، نوع سلول و غلظت‌های NO بستگی دارد. در این مطالعه، نقش محافظتی چشمگیری که به‌وسیله مهار sGC/PKG علیه مرگ نورونی القاشده توسط اختلال عملکرد کمپلکس IV در طی EAE دارد نشان داده شد. به طرز جالبی فعال‌سازی دارویی sGC/PKG در شرایط in vitro به‌صورت حاد و گذرا قادر به تقلید تقویت اثر بر اختلال عملکرد میتوکندری که توسط روند التهاب عصبی مرتبط با EAE القاشده نیست، افزایش آزاد شدن NO و فعال‌سازی sGC/PKG قادر به تغییر دادن اختلال عملکرد میتوکندری است به علت وجود سایر میانجی‌های التهابی یا فعال شدن ایمنی ذاتی مغز. در این مطالعه قرارگیری در معرض میانجی‌های التهابی محلول در in vitro همانند IL-17, IL-1β, TNF-α, IFN-γ آسیب‌پذیری عصبی نسبت به مهار کمپلکس IV را تغییر نداد. برعکس مهار فعال شدن میکروگلیال جسم مخطط مرتبط با EAE قادر بود تا کاملاً از افزایش آسیب‌پذیری نورونی نسبت به مهار کمپلکس IV در امان نگاه دارد.
میکروگلیا فعال‌شده عمیقاً میکرومحیط CNS را تحت تأثیر قرار می‌دهد، آزاد شدن سایتوکاین های پیش التهابی و ROS بیان بیش‌ازحد آنزیم‌های تولیدکننده ROS همانند NADPH oxidase صورت می‌گیرد. به طرز جالبی فعال شدن توأم NADPH oxidase و synthase NO در طی التهاب عصبی می‌تواند منجر به تولید RNS که قادر به مهار برگشت‌ناپذیر کمپلکس‌های زنجیره انتقال الکترون است شود.
نقد و بررسی‌ها
هنوز بررسی‌ای ثبت نشده است.