Role of P2X7 receptors in neuronal injury after optic nerve transection and focal cerebral ischemia in mice

Abstract

P2X7 reseptörleri pürinerjik reseptör ana ailesine bağlı, iki farklı özelliğe sahip reseptörlerdir. Periferal ve merkezi sinir sisteminde yaygın bir şekilde anlatımı olan bu reseptörler, ekstrasellüler ATP tarafından kısa bir süreyle uyarılmalarının ardından katyon kanalı olarak görev yapmaktadır. Buna ilaveten, uzun süreli aktivasyon sonucunda plazma membranında, 900 Da'ya kadar çıkabilen moleküllerin geçişine izin veren büyük porlar oluşturmaktadır. P2X7 reseptörleri, in vivo iskemik hasar sonrası katyon geçişi, enflamasyon ve ATP kaynaklı hücre ölümünün düzenlenmesiyle ilişkilendirilmiştir. Literatürde, hasar sonrası reseptörün görevi hakkında yer alan tartışmalı raporlar nedeniyle, reseptörün aktivasyonunun ve inhibisyonunun orta serebral arter oklüzyonu (MCAo) ve optik sinir (ON) hasarı sonrasında nöronal hücre sağkalımı ve sinyal kaskadları üzerine etkilerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Bu tez kapsamında, farelerde MCAo ve ON hasarı sonrasında P2X7 reseptörlerinin Brilliant Blue G (BBG) ile inhibisyonunun nöronal sağkalım ile motor fonksiyonları arttırdığı ve enfarktüs hacmi, beyin ödemi ve nörolojik hasar skorlarının yanı sıra DNA fragmantasyonunu azalttığı gösterilmiştir. Öte yandan, P2X7 reseptörlerinin BzATP ile aktivasyonu, sadece iskemiden kaynaklanan hücresel hasarı arttırmamıştır. Reseptör aktivasyonu ve inhibisyonunun protein seviyeleri üzerine etkileri de kapsamlı olarak çalışılmıştır ve sonuçlar, BzATP'nin hasar sonrası ortaya çıkan patofizyolojik olayları daha kötüye görmemesinin farklı sağkalım kinaz aracılı yolakların aktivasyonu nedeniyle olduğuna işaret etmiştir. BzATP'nin intrasellüler kalsiyum düzeyleri üzerine etkilerinin in vitro incelemesi, bu verileri doğrulamıştır. Sonuç olarak, elde edilen bu verilerden, P2X7 reseptör antagonistlerinin klinik uygulamasının sadece akut iskemi hastalarında değil, diğer nörodejeneratif hastalıklara sahip kişilerde de faydalı sonuçlar sağlayabileceği rapor edilebilir.

P2X7 receptors belong to the purinergic receptor superfamily that have two distrinct features. These widely expressed channels in the peripheral and central nervous system act as cation channels in response to brief activation by extracellular ATP. In addition, after prolonged activation they form large pores in the plasma membrane that allow the passage of molecules upto 900 Da. P2X7 receptors were associated with regulation of cation trafficking, inflammation and ATP-mediated cell death following an ischemic insult in vivo. Due to the conflicting reports in the literature about the function of the P2X7 receptors during injury, it was aimed to investigate the impacts of activation vs. inhibition of the receptor on neuronal cell death as well as on the downstream signaling cascades after middle cerebral artery occlusion (MCAo) as well as optic nerve (ON) transection in mice. In this thesis, it was demonstrated that inhibition of P2X7 receptors with Brilliant Blue G (BBG) improved neuronal survival and motor functions and decreased infarct volume, brain swelling and neurological deficit scores as well as DNA fragmentation after MCAo and ON transection. On the other hand, activation of P2X7 receptors with BzATP did not increase the cellular damage caused by ischemia alone as compared with vehicle-treated control animals. Impacts of activation or inhibition of the receptor on protein expression were also extensively studied and the results suggested that the inability of BzATP to further worsen the pathophysiological events occurred following an injury was attributed to the differential activation of survival kinase mediated pathways. In vitro analyses of the effects of BzATP on intracellular calcium levels provided supporting data. In conclusion, it can be reported from these data that clinical implementation of P2X7 receptor antagonists can provide beneficial outcomes not only in acute ischemic stroke patients, but also in other neurodegenerative disease patients.