Penisilinle oluşturulan epileptiform aktivite üzerine apelinin etkisi ve T-tipi kalsiyum kanallarının rolü

Abstract

Epilepsi ani, şiddetli, senkronize ve anormal elektriksel deşarjlarla karakterize kronik ve yaygın bir nörolojik bozukluktur. Deneysel epilepsi modelleri, epileptogenezin altında yatan mekanizmaların daha iyi anlaşılmasında temel rol oynamaktadır. Penisilin ile oluşturulan nöbet, insanda gözlenen jeneralize nöbetlere benzemektedir ve penisilinin nöronlara eksitotoksik etkisi azdır. Epilepsi mekanizmasında nöropeptidlerin, nöromodulatörlerin, nörotransmitterlerin ve iyon kanallarının önemli rollerinin olduğu gösterilmiştir. Apelin, nöroprotektif etkisi gösterilen nöropeptidlerden biridir. Apelin ve reseptörleri sinir sisteminde yaygın bir dağılım göstermektedir. Sunulan çalışmada, apelin-13'ün penisilin ile oluşturulan epileptiform aktiviteye, kan basıncına, kalp hızına etkisi ve bu etkide T-tipi kalsiyum kanallarının rolünü araştırmak amaçlanmıştır. Bunun yanında, elektrofizyolojik analiz yöntemleri kullanarak apelinerjik sistem ile NMDA sistemi arasındaki ilişki ve bu iki sistemin kardiyovasküler parametrelere etkisi araştırıldı. Deneylerde, ağırlıkları 180-240 gram olan 140 adet Wistar albino erkek sıçan 20 gruba ayrıldı (n=7). ECoG ve arteryel kan basıncı kaydı için üretan anestezisi altındaki hayvanların kafatasına kayıt elektrotu ve femoral arterine de branül yerleştirildi ve Powerlab veri kazanım sistemine bağlandı. Epileptiform aktivite 500 IU (i.k.) penisilin enjeksiyonu ile oluşturuldu ve sonrasında 180 dakika kayıt alındı. Apelin-13'ün 1 μg, 5 μg, 10 μg, 15 μg, 30 μg ve 60 μg'lık dozları intraserebroventriküler yoldan verildi. NMDA reseptör antagonisti memantin (5 mg/kg) intraperitoneal yolla ve yüksek selektif T-tipi kalsiyum kanal blokörü NNC 55-0396 (30 μg) ise intrakortikal yolla uygulandı. Penisilin ile oluşturulan epileptiform aktivite üzerine apelin-13'ün 10 μg, 15 μg ve 30 μg dozları etkili bulundu. Apelin-13'ün 1 μg, 5 μg ve 60 μ dozları ise spike frekansını değiştirmedi. Apelin-13'ün 15 μg dozu, en etkili ve en uzun süre epileptiform aktiviteyi artırdığı için en etkin doz olarak kabul edildi. Apelin-13 (15 μg) kan basıncını 90. dakikadan, kalp hızını ise 110. dakikadan itibaren kayıt sonuna kadar artırdı. NNC 55-0396 (30 μg) kontrol grubuna göre, spike frekansını 40. dakikadan ve kan basıncını 100. dakikadan itibaren azaltırken; kalp hızını 130. dakikadan itibaren artırdı. Memantin (5 mg/kg) ise kontrol grubuna göre spike frekansını 60. dakikadan itibaren azalttı. Fakat memantin kan basıncında ve kalp hızında anlamlı bir değişikliğe neden olmadı. Apelin-13 sonrasında NNC 55-0396 verildiğinde, NNC 55-0396 apelin-13'ün prokonvulsan etkisini blokladı ve 140. dakikadan itibaren anlamlı bir şekilde spike frekansını azalttı. NNC 55-0396 sonrası apelin-13 verildiğinde ise apelinin prokonvulsan etkisi hiç görülmedi ve 60. dakikadan itibaren kayıt sonuna kadar spike aktivitesini anlamlı derecede azalttı. Apelin-13 + NNC 55-0396 kan basıncında anlamlı bir değişikliğe neden olmazken, NNC 55-0396 + apelin-13 kan basıncını 130. dakikadan itibaren kan basıncını azalttı. Her iki etkileşim grubu (apelin-13 + NNC 55-0396 ve NNC 55-0396 + apelin-13) kalp hızını artırdı. Apelin-13 sonrası memantin veya memantin sonrası apelin-13 uygulandığında spike frekansında, kan basıncında ve kalp hızında kontrole göre anlamlı bir değişiklik saptanmadı. Memantin + NNC 55-0396 birlikte uygulandığında antikonvulsan etki, memantine göre 40 dakika ve NNC 55-0396'ya göre 20 dakika daha erken ortaya çıktı. Memantin + NNC 55-0396 birlikte uygulandığında, kan basıncında 100. dakikadan itibaren azalmaya ve kalp hızında ise 140. dakikadan itibaren artışa neden oldu. Sonuç olarak, apelin-13'ün penisilinle oluşturulan deneysel epilepside prokonvulsan etki gösterdiği ve en etkili dozunun 15 μg olduğu ilk defa tespit edildi. Apelin-13'ün prokonvulsan etkisine T-tipi kalsiyum kanallarının aracılık ettiği de ilk kez gösterildi. Memantin de apelin-13'ün prokonvulsan etkisini blokladığı tespit edildi. Ayrıca kullanılan her üç maddenin de kardiyovasküler sisteme etkisinin olduğu saptandı. Apelin-13, memantin ve NNC 55-0396 hücre membranında kendi reseptörlerine bağlanarak etki göstermektedir. Hücre içerisinde ise ortak bir yolağı kullandıkları tahmin edilmektedir. Bu yolağın ortaya çıkarılması için moleküler düzeyde ileri çalışmalara ihtiyaç vardır.

Epilepsy is the most common and chronic neurological disorder that involves sudden, excessive, synchronized and abnormal electrical discharges. Experimental epilepsy models play a fundamental role to understand the basic mechanisms underlying epileptogenesis. The penicillin induced seizure is similar to generalized seizure in humans and the excitotoxic effect of penicillin on neurons is limited. Many neuropeptides, neuromodulators, neurotransmitters and ion channels play an important role in a epileptic activity. Apelin is a neuropeptide and has neuroprotective effect on brain. Apelin and its receptors have a widespread distribution in the central nervous system. The aim of this study was to investigate effects of apelin-13 on penicillin induced epileptiform activity, blood pressure and heart rate. In addition, the role of T-type calcium channel and NMDA system in the effect of apelin on epileptiform activity and cardiovascular parameters have been evaluated by using electrophysiological recording. In this study, 140 Wistar albino male rats weighing 180-240 g were divided into twenty groups (n=7). For the electrocorticogram (ECoG) and arterial blood pressure recording during experiments, the recording electrodes and branule were placed into the skull and femoral artery of rats under urethane anesthetize and connected to the PowerLab data acquisition system. Epileptiform activity was induced with penicillin (500 IU, i.c) injection and recorded for the following 180 minutes. Doses of apelin-13 (1 μg, 5 μg, 10 μg, 15 μg, 30 μg and 60 μg) were injected intracerebroventricularly. NMDA receptor antagonist memantine (5 mg/kg) and highly selective T-type calcium channel blocker NNC 55-0396 (30 μg) were administered intraperitoneally and intracortical, respectively. Apelin-13, at the doses of 10 μg, 15 μg and 30 μg were found to be effective on penicillin induced epileptiform activity. Apelin-13, at doses of 1 μg, 5 μg and 60 μg did not alter the mean frequency of epileptiform activity. Apelin-13 at dose of 15 μg, was the most effective dose as it also increased the mean frequency of epileptiform activity for a long time. Apelin-13 (15 μg), increased blood pressure in 90th minute and heart rate in 110th minute until the end of the experiments compared to the control group. NNC 55-0396, at dose of 30 μg, decreased the spike frequency and blood pressure in the 40th and 100th minute after substance injection, respectively, whereas it increased the heart rate in 130th minute. Memantine (5 mg/kg) decreased the spike frequency in 60th minute. However, memantine did not change blood pressure and heart rate significantly. The administration of NNC 55-0396 after apelin-13 reversed the the proconvulsant effect of apelin-13 and caused a decrease in the spike frequency in 140th minute. Interestingly, when apelin-13 was administrated ten minutes after NNC 55-0396, the proconvulsant effect of apelin-13 did not observed. Eventhough the mean spike frequency was significantly decreased in the 60th minute. Apelin-13 + NNC 55-0396 did not change blood pressure significantly, but NNC 55-0396 + apelin-13 decreased the blood pressure in 130th minute. Both combinations (apelin-13 + NNC 55-0396 or NNC 55-0396 + apelin-13) increased the heart rate in these groups. The application of memantine after apelin-13 or the vice versa were not change spike frequency, blood pressure and heart rate compared to control group. The anticonvulsant effect of memantine + NNC 55-0396 was seen 40 minutes earlier than memantine alone and 20 minutes earlier than NNC 55-0396 alone. Memantine + NNC 55-0396 reduced blood pressure in 100th minute and increased heart rate in 140th minute. In conclusion, for the first time, it has been shown that apelin-13 has proconvulsant effect in penicillin induced experimental epilepsy and its most effective dose was 15 μg, which was mediated by T-type calcium channel in the present study. The proconvulsant effect of apelin-13 could be blocked by memantine. The substance used in this study were also effect on the cardiovascular system. Although apelin-13, memantine and NNC 55-0396 show their effect by binding to their own extracellular receptors on the cell membrane, it is predicted that they may use intracellular common pathway. Further molecular studies are needed to explore the certain pathway.