Ekscitatorno dejstvo 2,4-diaminobuterne kiseline na Retzius-ove neurone i mehanizmi njegovog nastanka

Abstract

Neurodegenerativne bolesti su progresivna, hronična i neizlečiva neurološka oboljenja. Pretpostavlja se da je u osnovi etiopatogeneze ovih oboljenja udruženo delovanje genetskih i sredinskih faktora. Potonji imaju sve veći značaj jer produžetak životnog veka ljudi vodi do prolongiranog izlaganja činiocima životne okoline. Jedan od mogućih sredinskih činilaca je 2,4-diaminobuterna kiselina (2,4-DABA), produkt ubikvitarnih cijanobakterija, čiji neurotoksični potencijal nije sasvim istražen.Metodima klasične elektrofiziologije i merenjem ulaznog otpora membrane ispitivani su učinci, jačina i mehanizmi delovanja 2,4-DABA na Retzius-ove neurone pijavice Haemopis sanguisuga. Naša istraživanja pokazuju da 2,4-DABA ima ekscitatoran učinak na neuronima, izazivajući izraženu depolarizaciju membranskog potencijala koja se razvija kroz dve faze, što je prvi put opisan fenomen na našem modelu. Istovetan učinak imaju i DL- i L- izoforma 2,4-DABA. Ekscitatorno dejstvo 2,4-DABA višestruko je jače od učinaka glutamata i aspartata, kao i od sredinskih ekscitatornih aminokiselina BOAA i BMAA. Depolarizacioni učinak 2,4-DABA je zavisan od prisustva Na+ i praćen povećanjem provodljivosti membrane Retzius-ovih neurona. Blokada non-NMDA glutamatnih receptora izaziva smanjenje amplitude prve faze depolarizacije, dok inhibicija transportnog sistema za neutralne aminokiseline upadljivo slabi drugu fazu depolarizacije. Zaključujemo da je 2,4-DABA snažna ekscitatorna aminokiselina koja ostvaruje svoj učinak preko jonotropnih glutamatnih receptora tokom prve faze i aktivacijom natrijum-zavisnog transportera za neutralne aminokiseline tokom druge faze depolarizacije. Ovi mehanizmi pokreću procese ključne za razvoj neurodegeneracije - ekscitotoksičnost, osmotsko opterećenje i smanjenje energetskih rezervi neurona, što uz dokazano globalno prisustvo 2,4-DABA ukazuje na značaj navedenih rezultata.

Neurodegenerative diseases are chronic, progressive and incurable neurological illnesses. It is proposed that etiopathogenesis of these diseases is based on cooperation of genetic and environmental factors. The latter are of growing importance as life expectancy and exposure of people increase. A putative causative agent is 2,4 diaminobutyric acid (2,4-DABA), a product of ubiquitous cyanobacteria, whose neurotoxic potential is insufficiently examined. Using classical electrophysiology methods and measurements of input membrane resistance, we have investigated the effect, potency and mechanisms of 2,4-DABA effect on Retzius neurons of the leech Haemopis sanguisuga. Our results show that 2,4-DABA has an excitatory effect on neurons, eliciting extensive membrane depolarization that evolves through two distinct stages, which is a novel excitatory phenomenon reported on our model. Both L- and DL- isomers of 2,4-DABA cause equivalent depolarizing effects. Excitatory response of neurons to 2,4-DABA is several times larger than that induced by glutamate and aspartate or environmental excitatory amino acids BOAA and BMAA. Depolarizing action of 2,4-DABA is dependent on sodium ions and coupled with an increase of Retzius neuron membrane permeability. Blocking non-NMDA glutamate receptor reduces the amplitude of the first stage, while inhibition of the transport system for neutral amino acids markedly decreases the second phase of depolarization. We conclude that 2,4-DABA is a potent excitatory amino acid that activates ionotropic glutamate receptors during the first stage and sodium-dependent transporter for neutral amino acids during the second stage of depolarization. These mechanisms initiate processes crucial for neurodegeneration - excitotoxicity, osmotic stress and energy depletion of neurons, which the global presence of 2,4-DABA indicate the significance of our results.