Mitokondriális károsodás in vitro epilepszia modellben
Title in English
Mitochondrial malfunction during experimental status epilepticus
Panel
Neurosciences
Department or equivalent
CRC HAS Institute of Biomolecular Chemistry (Chemical Research Center of the HAS)
Participants
Lasztóczi, Bálint
Starting date
2003-01-01
Closing date
2006-12-31
Funding (in million HUF)
3.312
FTE (full time equivalent)
0.00
state
closed project
Final report
Results in Hungarian
A kutatás célja az epileptikus aktivitás alatt fellépő Ca2+ ion-függő mitokondriális változások és szabad gyökképződés energiaháztartásra gyakorolt rövid-távú és krónikus hatásainak felderítése volt.
A mitokondriális membránpotenciál és kálcium ion koncentráció vizsgálata kimutatta, hogy az epileptikus aktivitás, típusától függően különböző hatást gyakorol a sejt energiaháztartására. Interiktális aktivitás alatt az egyes mitokondriumok [Ca2+] és membránpotenciál fluktuációja követte a szinaptikus aktivitást, míg rohamszerű eseményekhez nagyszámú mitokondrium egyidejű, Ca2+ ion-függő depolarizációja társult. Bár ez a depolarizáció hátrányosan befolyásolja az ATP szintézist, a sejt szempontjából végzetes kimetelű mitokondriális permeabilizálódásra nem került sor. Hasonló szintű [Ca2+] növekedésnek kitett izolált mitokondriumokban szuperoxid gyök anion keletkezését lehetett regisztrálni gyors-kinetikai módszerekkel.
A nitrogén monoxidról (NO) is sikerült kimutatni, hogy szintézise régió-specifikusan fokozódik az epileptikus aktivitás alatt. NO szintézis-gátló és gyökfogó molekulák segítségével jellemeztük az NO szerepét az interiktális és rohamszerű aktivitás közti átmenet szabályozásában a továbbiakban.
Krónikusan epileptikus szövetben a rohamokat követő tartós mitokondriális metabolizmus változások az ingerléssel kiváltható NAD+ redukció csökkenésében nyilvánultak meg, ami az energiaháztartás szabályozhatóságának károsodására utal.
Results in English
The aim of the study was to characterize the roles for the Ca2+ ion-dependent changes of mitochondrial energy metabolism and free radical formation in the cell energy homeostasis and epileptic injury.
Epileptiform activity-dependent changes in the mitochondrial energy metabolism have been revealed by monitoring changes in mitochondrial membrane potential and Ca2+ ion concentration ([Ca2+]m) at single cell level. During the interictal phase, small-amplitude oscillations of mitochondrial membrane potential and [Ca2+]m occured, whereas seizure-like events resulted in large mitochondrial depolarisation due to intense Ca2+ ion cycling. Opening of the mitochondrial permeability transition pore did not contribute to this phenomenon. When isolated mitochondria has been exposed to a similar [Ca2+]m rise, rapid increase in superoxide radical formation was observed by fast-kinetic methods.
The synthesis of NO has also been shown to increase during epileptiform activity in a region-specific manner. By applying NO-synthase inhibitors and NO-scavengers we have postulated a regulatory role for NO during the interictal activity-seizure transition. The relative contribution of NO-synthase subtypes to this phenomenon was characterized by using different NO-synthase inhibitors.
In chronic epileptic tissue from patients and from a rat model of chronic epilepsy, the stimulus-induced rise in NAD reduction was decreased suggesting serious dysfunction of the regulation of energy metabolism.
Nyikos L; Lasztóczi B; Antal K; Kovács R; Kardos J: Desynchronisation of spontaneously recurrent experimental seizures proceeds with a single rhythm, Neuroscience 121:705-17., 2003
Lasztóczi B; Antal K; Nyikos L; Emri Zs; Kardos J: High-frequency synaptic input contributes to seizure initiation in the low-[Mg2+] model of epilepsy., Eur J Neurosci. 19:1361-72., 2004
Kann O, Kovacs R, Njunting M, Behrens CJ, Otahal J, Lehmann TN, Gabriel S, Heinemann U: Metabolic dysfunction during neuronal activation in the ex vivo hippocampus from chronic epileptic rats and humans, Brain. 128:2396-407., 2005
Kovacs R, Kardos J, Heinemann U, Kann O.: Mitochondrial calcium ion and membrane potential transients follow the pattern of epileptiform discharges in hippocampal slice cultures., J Neurosci. 25:4260-9., 2005
Szárics É, Kovács R, Hajós F Kardos J: Calcium ion-dependent primary formation of·O2 in isolated brain mitochondria, Workshop on Involvement of Free Radicals in Epilepsy, (Center of Excellence on Biomolecular Chemistry, Chemical Research Center, Hungary, 2003
Kovács R, Rabanus A, Kardos J, Heinemann U, Kann O: Contribution of NO to seizure initiation in the low Mg model of epilepsy, Berlin Neuroscience Forum, Max Delbrück Center for Molecular Medicine, 2006
Lasztóczi B, Emri Z, Szárics E, Héja L, Simon A, Nyikos L, Kardos J.: Suppression of neuronal network excitability and seizure-like events by 2-methyl-4-oxo-3H-quinazoline-3-acetyl piperidine in juvenile rat hippocampus: Involvement of a metabotropic glutamate receptor., Neurochem Int. Epub ahead of print, 2006
