Glutamat/ NMDA eksittoksisitesi ile serbest radikal oluşumu arasındaki ilişkinin in vitro ve ex vivo incelenmesi

Abstract

Epilepsi santral sinir sisteminin en sık görülen ve en önemli nörodejeneratif hastalığıdır. Epileptik nöbetler, nöronların hipereksitabilitesi ile karakterizedir. Post- travmatik epilepside ise, hipereksitabiliteye ek olarak `hem` ürünlerinin parankimde birikmesi ile nöron zarlarının lipid peroksidasyonu da söz konusudur. Beyin travması, epilepsi, beyin kanaması, Alzheimer hastalığı, Parkinson hastalığı gibi birçok akut ve kronik nörolojik hastalığın patogenezinde, reaktif oksijen türleri ile eksitatör amino asitlerin ortak bir yolda birleşerek etkili olduklarını gösteren güçlü ipuçları mevcuttur. Merkezi sinir sisteminin başlıca eksitatör amino asit olan glutamatın, serbest radikallerle ilişkili patolojik durumlarda, özellikle NMDA reseptörü aracılığı ile etkin olduğu öne sürülmektedir. Ayrıca, retrograd haberci olarak tanımlanan nitrik oksitin, ROT ve eksitatör amino asitlerin ortak patogenezinde, ortamın redoks potansiyeline göre NMDA reseptörünün yapısında bulunan sülfidril gruplarını etkileyerek rol aldığı bildirilmektedir. NMDA reseptörünün non-kompetitif antagonisti olan MK-801'in kimyasal veya elektriksel uyan ile indüklenmiş epilepsilerde farmakolojik dozlarda antikonvülzan etkisi gösterilmiştir. Çalışmamızda nörodejeneratif hastalıkların patogenezinin tanımlanması, eksitatör amino asitler ile ROT arasındaki ilişkinin aydınlatılması ve çeşitli tedavi yaklaşımlarının (MK-801 vb.) incelenmesinde oksidatif stres parametreleri ile kemilüminesans ölçümlerinden yararlanmayı düşündük. Çalışmalarımızı, in vitro ve ex vivo olacak şekilde iki deney sisteminde gerçekleştirdik. In vitro deney sisteminde, sıçan beyin dokularının farklı bölgelerinden elde edilen homojenatlan, eksitatör amino asitler (glutamat, NMDA), bunların agonist (glisin) ve antagonistleri (magnezyum, çinko) ve nitrik oksit jeneratörleri (sodyum nitroprüssiyat) ile inkübe ettikten sonra lipit peroksidasyonu (dien konjugatları ve tiyobarbitürik asit ile reaksiyona giren maddeler) ölçümleri yapıldı. Ayrıca, belirli arttırıcılar kullanılarak ROT çıkışının daha özgül göstergesi olan kemilüminesans ölçümleri gerçekleştirildi. Glutamat ve NMDA'mn eksitotoksik konsantrasyonlarında kemilüminesans artışlarına neden olduğu ve bu artışların oksidatif stres parametrelerindeki değişiklikler ile uyumlu olduğu gözlendi. Ex vivo deney sisteminde ise post-travmatik epilepsi oluşturulan ve MK-801 ile tedavi edilen sıçanların beyin dokusunun farklı bölgelerinin homojenatlannda, oksidatif stres parametreleri ve kemilüminesans ölçümleri yapıldı. Post-travmatik epilepsi grubundaki sıçanların tüm beyin bölgelerinde luminol ve lusigenin ile arttırılmış kemilüminesans düzeyleri ile oksidatif stres parametrelerinin kontrollara göre artmış olduğu bulundu. MK-801 tedavisinin koruyucu olduğu ve bu artışları engellediği gözlendi. 42-

Evidence that oxidative stress is an important casual factor in the pathogenesis of several neurobiological disorders such as stroke, trauma, seizures and chronic neurodegenerative diseases is accumulating. In addition, excessive and persistent activation of glutamate-gated ion channels (particularly NMDA channels) may cause neuronal degeneration. Moreover, several studies point out that nitric oxide, a retrograde messenger in gaseous state, is involved in neurotoxicity induced by NMDA receptor activation. Iron-induced epilepsy model is widely used for better understanding of the basic mechanism of human post-traumatic epilepsy. Cerebral contusion and head trauma cause blood extravasation followed by hemolysis and deposition of iron rich compounds within neural parenchyma. Production of epileptiform discharges in iron-induced experimental epilepsy is believe to be mediated by membrane lipid peroxidation initiated by free radicals. In this study, we have used in vitro and ex vivo experimental systems to investigate the roles of free radicals and excitatory amino acids on brain cell vulnerability and death. In the in vitro system, rat brain homogenates were incubated with excitatory amino acids (glutamate and NMDA), their agonist (glycine) and antagonists (magnesium and zinc). Production of reactive oxygen species was followed by chemiluminescence measurements using specific enhancers (luminol and lucigenin). Lipid peroxidation parameters were also investigated. Increases in chemiluminescence counts were observed at excitotoxic concentrations of glutamate and NMDA. Other parameters of oxidative stress yielded similar results. In the ex vivo experimental system, we have examined the effects of MK-801 pretreatment on chemiluminescence formation in iron-induced epilepsy model. Luminol and lucigenin enhanced chemiluminescence and oxidative stress parameters were measured in different brain regions. In iron administered group elevated levels of chemiluminescence and oxidative stress parameters were observed. MK-801 pretreatment had protective effects against iron induced oxidative changes. -43-