The mechanism of neuroprotection afforded by activation of mitochondrial ATP-sensitive potassium channels in the newborn – a novel neuroprotective experimental approach.  Page description

Help  Print 
Back »

 

Details of project

 
Identifier
68976
Type K
Principal investigator Domoki, Ferenc
Title in Hungarian A mitokondriális ATP-szenzitív káliumcsatorna aktiválásával létrehozott neuroprotekció mechanizmusa – egy új neuroprotektív stratégia vizsgálata
Title in English The mechanism of neuroprotection afforded by activation of mitochondrial ATP-sensitive potassium channels in the newborn – a novel neuroprotective experimental approach.
Keywords in Hungarian diazoxid, cerebrovaszkuláris reaktivitás, vér-agy gát, BMS191095, intravitális mikroszkópia
Keywords in English diazoxide, cerebrovascular reactivity, blood-brain barrier, BMS191095, intravital microscopy
Discipline
Analysis, modelling and simulation of biological systems (Council of Medical and Biological Sciences)70 %
Biological basis of neurological and psychiatric disorders (Council of Medical and Biological Sciences)30 %
Panel Genetics, Genomics, Bioinformatics and Systems Biology
Department or equivalent Department of Physiology (University of Szeged)
Participants Lenti, Laura
Zimmermann, Alíz
Starting date 2007-07-01
Closing date 2011-12-31
Funding (in million HUF) 12.000
FTE (full time equivalent) 4.39
state closed project
Summary in Hungarian
Az újszülöttkori agyi hipoxiát/iszkémiát követő idegrendszeri károsodások kialakulásában direkt neuronális mechanizmusok, valamint indirekt vaszkuláris-endothelialis és glia folyamatok is fontos szerepet játszanak. Hipotézisünk szerint a mitokondriumok belső membránjában található ATP-szenzitív káliumioncsatornák (mitoKATP) farmakológiai aktivátorai által közvetített neuroprotekció direkt neuronális hatások mellett legalább részlegesen a cerebrovaszkuláris endothelium/simaizom funkciójának védelmén keresztül valósul meg. A mitoKATP nyitók prototipusának tekinthető diazoxid kémiai prekondicionáló hatású, de más támadásponton keresztül a mitokondriális szuperoxidtermelést is fokozza, amely szintén prekondicionáló lehet önmagában is. A diazoxid mellett ezért egy másik mitoKATP aktivátort (BMS191095) is vizsgálni fogunk, mert izolált malac mitokondiumokban a BMS nem fokozta a szuperoxidanion termelést.
Tervezett vizsgálatainkban tovább szeretnénk jellemezni a mitoKATP aktiváció endothelialis/neuronális citoprotektív hatásának fiziológiai és sejtszintű mechanizmusait újszülött malacban. Ezért azt a hipotézist kívánjuk tesztelni, hogy a mitoKATP csatorna nyitásával kiváltott azonnali kémiai prekondicionálás független-e a mitokondriális ROS képződéstől az újszülött agy sejtjeiben in vivo. A prekondicionálás eredményességét különböző iszkémia-szenzitív neuronális-vaszkuláris reakciók megtartottságával, ill. a vér-agy gát integritásának fennmaradásával fogjuk tesztelni. A válasz specificitását különböző mitoKATP illetve plazmamembrán KATP (sKATP) szelektív antagonisták felhasználásával vizsgáljuk. A véráramlási változásokat intravitális mikroszkópia, laser-Doppler, és laser-speckle (folt interferencia) módszerekkel szeretnénk analizálni, ami lehetőséget nyújt a pia mater és az intraparenchymalis arteriolák szelektív izsgálatára. A vér-agy gát károsodását/integritását az Evans-kék plazmaextravazáció módszerével mutatjuk ki. A diazoxid ill. a BMS által kiváltott szuperoxidanion termelést in vivo hydroethidin-ethidium fluoreszcenciával kívánjuk kimutatni. Tervezett kísérleteink eredményei hozzájárulhatnak racionális neuroprotektív stratégia kidolgozásához, amely mérsékelheti a perinatális hipoxia/iszkémia neurológiai következményeit.
Summary
Following neonatal cerebral hipoxic/ischemic stress both direct neuronal and indirect vascular and glial mechanisms contribute to the consequent neuronal damage. We hypothesize that the neuroprotection afforded by the pharmacological activators of ATP-sensitive potassium channels located in the inner mitochondrial membrane (mitoKATP) is in part due to the protection of cerebrovascular cells.
The prototype mitoKATP opener diazoxide induces chemical preconditioning, but also induces mitochondrial superoxide production that may be involved in its preconditioning effect. Thus, we plan to use another mitoKATP activator (BMS191095) too, since BMS did not induce superoxide production in mitochondria isolated from piglet brain.
We wish to further investigate the protective mechanism of mitoKATP activation in piglets. We will test the hypothesis if the acute preconditioning employed by mitoKATP opening is not related to mitochondrial superoxide production in cells of the neonatal brain. The protective effect of preconditioning will be evaluated based on the preservation of ischemia-sensitive neuronal-vascular mechanisms, and the retained integrity of the blood-brain barrier. The specificity of the drugs on mitoKATP will be proven by using mitoKATP-selective and plasmalemmal surface KATP (sKATP)-selective antagonists. Cerebrovascular changes will be assessed with intravital microscopy, laser-Doppler and laser-speckle flowmetry enabling us to selectively determine the involvement of pial and intraparenchymal arterioles in the responses. Blood-brain barrier integrity will be determined with the Evans-Blue dye extravasation technique. Diazoxide and/or BMS induced superoxide production will be assessed in vivo by the hydroethidin-ethidium fluorescent technique. Our studies may emanate in results that can contribute to the development of rational neuroprotective strategy to diminish the neurological dysfunction after perinatal hypoxic/ischemic stress.





 

Final report

 
Results in Hungarian
Az újszülöttkori agyi hipoxiát/iszkémiát követő idegrendszeri károsodások kialakulásában direkt neuronális mechanizmusok, valamint az ún. neurovaszkuláris egység diszfunkciója is fontos szerepet játszanak. Vizsgálatainkban a mitokondriumok belső membránjában található ATP-szenzitív káliumioncsatornák (mitoKATP) direkt farmakológiai aktivátorai által közvetített ún. farmakológiai prekondicionálást vizsgáltuk, ill. azt, hogy más farmakológiai támadáspontú vegyületek hasonló prekondicionáló hatása kapcsolatba hozható-e a mitoKATP vel. Ezeknek a vizsgálatoknak legfontosabb eredménye az, hogy míg a szelektív mitoKATP nyitók nem okoznak feltétlenül mitokondriális eredetű reaktív oxigénmetabolit (ROS) termelést, más hatékony farmakonok gyakran nem specifikus mitokondriális támadáspontokon, a mitokondriális ROS termeltetésén keresztül hozzák létre a prekondicionált fenotipust. In vivo vizsgálatainkban a neurovaszkuláris egység diszfunkcióját hipoxia/iszkémia érzékeny cerebrovaszkuláris érreakciók segítségével határoztuk meg. Kísérleti eredményeink egyrészt új információkkal gazdagították az érfunkciók károsodásának patomechanizmusát, másrészt sikerült új támadáspontokat azonosítani, melyek klinikai transzlációs kutatások alapját képezhetik, melyek az újszülöttkori hipoxiás/iszkémiás enkefalopátia kezelésében segíthetnek.
Results in English
Following neonatal cerebral hipoxic/ischemic stress direct neuronal injury and the dysfunction of the so-called neurovascular unit both contribute to the developing encephalopathy. The pharmacological preconditioning induced by the activators of the mitochondrial ATP-sensitive potassium channels (mitoKATP) was investigated and whether other drugs with different primary actions would also trigger preconditioning through the involvement of mitoKATP. The most important message emanating from these studies was that though selective mitoKATP openers do not elevate mitochondrial reactive oxygen species (ROS) production, other effectively preconditioning drugs often create the preconditioned phenotype through non-specific actions on mitochondria mediated by ROS. lin the inner In our in vivo studies, neurovascular dysfunction was assessed with hypoxia/ischemia sensitive cerebrovascular responses. Our results provided new insights into the mechanism of altered cerebrovascular reactivity after hypoxic/ischemic stress, and they also identified new targets which after further translational studies may yield new therapies to treat hypoxic/ischemic encephalopathy in the newborn.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=68976
Decision
Yes





 

List of publications

 
Atlasz, T., Babai, N., Reglődi, D., Kiss, P., Tamás, A., Bari, F., Domoki, F., and Gábriel, R.: Diazoxide is protective in the rat retina against ischemic injury induced by bilateral carotid occlusion and glutamate-induced degeneration., Neurotox Res 12:105-111, 2007
Domoki, F., Zimmermann, A., Tóth-Szűki, V., Busija, D.W., and Bari, F.: Acetazolamide induces indomethacin and ischemia-sensitive pial arteriolar vasodilation in the piglet., Acta Paediatr 97:280-284, 2008
Gáspár, T., Katakam, P., Snipes, J.A., Kis, B., Domoki, F., Bari, F., and Busija, D.W.: Delayed neuronal preconditioning by NS1619 is independent of calcium activated potassium channels., J Neurochem 105:1115-28, 2008
Zimmermann, A., Domoki, F., and Bari, F.: Seizure-induced alterations in cerebrovascular function in the neonate., Dev Neurosci-Basel 30:293-305, 2008
Domoki, F., Kis, B., Gáspár, T. Bari, F., and Busija, D.W.: Cerebromicrovascular endothelial cells are resistant to L glutamate., Am J Physiol Reg Integr Comp Physiol 295:R1099-108, 2008
Busija, D.W., Gáspár, T., Domoki, F., Katakam, P.V., and Bari F.: Mitochondrial-Mediated Suppression of ROS Production Upon Exposure of Neurons to Lethal Stress: Mitochondrial Targeted Preconditioning., Adv Drug Deliv Rev 60:1471-77, 2008
Domoki, F., Kis, B., Gáspár, T., Snipes, J.A., Parks, J.S., Bari, F., and Busija, D.W.: Rosuvastatin induces delayed preconditioning against oxygen-glucose deprivation in cultured cortical neurons., Am J Physiol Cell Physiol 296:C97-105, 2009
Katakam, P.V.G, Domoki, F., Snipes, J.A., Busija, A.R., Jarajapu, Y.P.R., and Busija, D.W.: Impaired mitochondria dependent vasodilation in cerebral arteries of Zucker obese rats with insulin resistance., Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 296:289-298, 2009
Gáspár, T., Domoki, F., Lenti, L., Institoris, Á., Snipes, J.A., Bari, F., and Busija, D.W.: Neuroprotective effect of adenoviral catalase gene transfer in cortical neuronal cultures., Brain Res 1270:1-9, 2009
Gáspár, T., Domoki, F., Lenti, L., Katakam, P.V., Snipes, J.A., Bari, F., and Busija, D.W.: Immediate neuronal preconditioning by NS1619., Brain Res 1285:196-207, 2009
Lenti, L., Zimmermann, A., Kis, D., Oláh, O., Tóth, G.K., Hegyi, O., Busija, D.W., Bari, F. and Domoki, F.: PACAP and VIP differentially preserve neurovascular reactivity after global cerebral ischemia in newborn pigs., Brain Res 1283:50-57, 2009
Domoki, F., Zimmermann, A., Lenti, L., Tóth-Szüki, V., Pardeike, J., Müller, R.H., and Bari, F.: Secretory phospholipase A2 inhibitor PX-18 preserves microvascular reactivity after cerebral ischemia in piglets., Microvasc Res 78:212-217, 2009
Lenti, L., Domoki, F., Gáspár, T., Snipes, J.A., Bari, F., and Busija, D.W.: N-methyl-D-aspartate induces cortical hyperemia through cortical spreading depression-dependent and independent mechanisms in rats., Microcirculation 16:629-639, 2009
Katakam, P.V.G, Domoki, F., Gáspár, T., Lenti, L., Institoris, Á., Snipes, J.A., and Busija, D.W.: Cerebrovascular Responses to Insulin in Rats., J Cereb Blood Flow Metab 29:1955-1967, 2009
Domoki, F., Kis, B., Gáspár, T., Snipes, J.A., Bari, F., and Busija, D.W.: Rosuvastatin induces delayed preconditioning against L glutamate excitotoxicity in cultured cortical neurons., Neurochem Int 56:404-409, 2010
Domoki, F., Oláh, O., Zimmermann, A., Németh, I., Tóth-Szűki, V., Hugyecz, M., Temesvári, P., and Bari, F.:: Hydrogen is neuroprotective and preserves cerebrovascular reactivity in asphyxiated newborn pigs., Pediatr Res 68:387-392, 2010
Mracskó, É., Hugyecz, M., Hertelendy, P., Farkas, E., Domoki, F., and Bari, F.:: Hydrogen supplemented air inhalation reduces changes of prooxidant enzyme and gap junction protein levels after transient global cerebral ischemia in the rat hippocampus., Brain Res 1404:31-38, 2011
Domoki, F., Zölei, D., Oláh, O., Tóth-Szűki, V. Hopp, B., Bari, F., and Smausz, T.:: Evaluation of Laser-speckle contrast image analysis techniques in the cortical microcirculation of piglets., Microvasc Res (in press), 2012




Back »