Toxicological evaluation of the interaction between circadian rhythm activators and general anesthetics

Abstract

Sirkadiyen ritim yaklaşık olarak 24 saat sürer ve ana olarak 4 gen/proteinden oluşmaktadır; Circadian Locomotor Output Cycle Clock (Clock), Brain-Muscle-Arnt-Like protein-1 (Bmal1), Cryptochrome (Cry) ve Period (Per). Bir çok patolojinin, hastalığın ve genel anestezikler de dahil olmak üzere kullanılan ilaçların sirkadiyen ritimin işleyişinden sorumlu olan gen/proteinlerin regülasyonunda değişime sebep olduğu düşünülmektedir. Ayrıca sirkadiyen gen/proteinlerinin aktivasyonu ya da inhibisyonunun anestezik ajanlardan kaynaklı oksidatif stresin azaltılmasına katkıda bulunabileceği bildirilmektedir. Bu tez çalışmasında Cry' un sentetik aktivatörü, KL001' in izofluran ile kombinasyon tedavisinin etkisi araştırıldı. 24 fare her grupta 6 hayvan olacak şekilde 4 gruba ayrıldı; kontrol, KL001, izofluran artı izofluran ve KL001 grubu. Hayvanlar izofluran' a 4 saat boyunca maruz bırakıldı ve KL001 gece saatlerinde 100 mg/kg olarak uygulandı. Karaciğer, böbrek, beyin ve eritrositte Cry düzeyleri ve oksidatif stres parametrelerinden malondialdehit (MDA) seviyesi, süperoksit dismutaz (SOD), katalaz (CAT), ve glutatyon peroksidaz (GSH-Px) aktiviteleri incelendi. İzofluran grubunda eritrosit ve karaciğerde MDA düzeyinde azalma, karaciğer ve beyinde GSH-Px aktivitesinde artış, eritrosit, böbrek ve beyinde SOD aktivitesinde artış, karaciğerde CAT aktivitesinde azalma saptandı. Bulgularımıza göre izofluran beyinde oksidatif stres parametrelerini önemli ölçüde değiştirdi. Ayrıca izofluran grubunda plazma, karaciğer ve beyinde azalmış Cry seviyesi bulundu. KL001 uygulaması ile izofluran ile indüklenen düşük Cry seviyesinin arttığı ve izofluran ile indüklenen oksidatif stresin de azaldığı saptandı. Sonuç olarak verilerimiz Cry düzeyini sentetik bir aktivatör ile tetikleyerek veya günün belli saatlerine göre ilaç uygulamasını düzenleyerek izofluran ve diğer anestetik ajanların meydana getirdiği oksidatif stresi azaltabileceğimizi gösterdi. Özellikle sabahın erken saatlerinde KL001 izofluran kaynaklı oksidatif strese karşı koruyucu olabilmektedir. Daha ileri araştırmalarda Clock, Bmal1 ve Per gen/proteinlerinin anestetik ajanların toksisitesi üzerine etkileri de incelenmelidir. Anestezik kaynaklı toksisiteyi azaltmak için günün hangi saatinde ameliyatların yapılacağı belirlenebilir.

The circadian rhythm lasts about 24 hours and is constituted by 4 main genes/proteins; Circadian Locomotor Output Cycle Clock (Clock), Brain-Muscle-Arnt-Like protein-1 (Bmal1), Cryptochrome (Cry) and Period (Per). Many pathologies, diseases, and medications including general anesthetic agents are thought to cause a change in these genes/proteins. On the other hand the activation or inhibition of the genes/proteins can contribute to the reduction of the oxidative stress potential of anesthetic agents. We investigated the effect of combination therapy of KL001 with isoflurane. Twenty-four mice were randomly divided into 4 groups of 6 animals each as a control, KL001, isoflurane and KL001 plus isoflurane group. Animals were exposed to isoflurane for 4 hours and KL001 was administered of 100 mg/kg at night hours. The Cry levels and oxidative stress parameters including malondialdehyde (MDA) level and superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), glutathione peroxidase (GSH-Px) activities were investigated in liver, kidney, brain, and erythrocyte. Our results showed decreased MDA level in erythrocyte and liver, increased GSH-Px activity in liver and brain, increased SOD activity in erythrocyte, kidney, and brain, decreased CAT activity in liver in isoflurane group. According to our findings, isoflurane changed the oxidative stress parameters remarkably in brain. We also found a decrease of Cry level in the plasma, liver, and brain in isoflurane group. KL001 increased Cry level inhibited by isoflurane and decreased the isoflurane-induced oxidative stress. In conclusion, our data indicated that we can reduce the potential oxidative stress of isoflurane or other anesthetic agents by triggering the Cry level with a synthetic activator or by arranging drug administration time at certain period of the day. Especially in early hours of the morning, KL001 may be protective against isoflurane-induced oxidative stress. In further research, the effects of Per, Clock, and Bmal1 on anesthetic agents toxicity can also be investigated. It can be determined at which time the operations are performed to create the least toxicity.