Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Sự trao đổi chất của [1,6-13C]Glucose và [U-13C]Glutamine cùng với sự giải phóng GABA do khử cực trong các lát mini vỏ não chuột được siêu tưới
Tóm tắt
Các lát mini vỏ não chuột đã được sử dụng trong một hệ thống siêu tưới để theo dõi sự phóng thích GABA gắn nhãn [2,3-3H]GABA do khử cực gây ra (55 mM K+) và để điều tra sự tổng hợp của glutamate, GABA và aspartate trong các điều kiện sinh lý và khử cực (55 mM K+) từ glucose [1,6-13C] hoặc glutamine [U-13C]. Sự phóng thích GABA do khử cực gây ra có thể giảm (50%) khi sử dụng chất ức chế vận chuyển GABA tiagabine (25 μM) hoặc bằng cách thay thế Ca2+ bằng Co2+. Khi có mặt cả tiagabine và Co2+ (1 mM), sự phóng thích bị loại bỏ hoàn toàn. Sự phóng thích quan sát được trong sự hiện diện của 25 μM tiagabine do đó đại diện cho sự phóng thích từ bào nang. Siêu tưới trong sự hiện diện của [1,6-13C]glucose dẫn đến sự gắn nhãn đáng kể ở ba axit amin, trong đó sự gắn nhãn ở glutamate và aspartate tăng lên sau khử cực. Điều kiện này không có tác động đến sự gắn nhãn GABA. Đối với cả ba axit amin, sự phân bố của nhãn ở các nguyên tử carbon khác nhau cho thấy hoạt động chu trình axit tricarboxylic (TCA) tăng lên trong quá trình khử cực. Khi sử dụng [U-13C]glutamine làm cơ chất, sự gắn nhãn ở glutamate cao hơn so với ở GABA và aspartate, và phần glutamate và aspartate được tổng hợp thông qua sự tham gia của chu trình TCA đã tăng lên do khử cực, một hiệu ứng không thấy ở GABA. Tuy nhiên, tổng hợp GABA phản ánh sự tham gia của chu trình TCA ở mức độ cao hơn nhiều so với glutamate và aspartate. Các kết quả cho thấy sự chuẩn bị mô não này với các mạng tế bào nguyên vẹn rất phù hợp để nghiên cứu sự trao đổi chất và phóng thích các axit amin dẫn truyền thần kinh trong các điều kiện bắt chước hoạt động thần kinh.
Từ khóa
#GABA #glutamate #aspartate #chu trình TCA #khử cực #siêu tưới #axit amin dẫn truyền thần kinhTài liệu tham khảo
Waagepetersen HS, Sonnewald U, Larsson OM, Schousboe A (1999) Synthesis of vesicular GABA from glutamine involves TCA cycle metabolism in neocortical neurons. J Neurosci Res 57:342–349
Waagepetersen HS, Sonnewald U, Gegelashvili G, Larsson OM, Schousboe A (2001) Metabolic distinction between vesicular and cytosolic GABA in cultured GABAergic neurons using 13C MRS. J Neurosci Res 63:347–355
Machiyama Y, Balazs R, Richter D (1967) Effect of K+-stimulation on GABA metabolism in brain slices in vitro. J Neurochem 14:591–594
López-Colomé AM, Tapia R, Salceda R, Pasantes-Morales H (1978) K+-Stimulated release of labeled γ-aminobutyrate, glycine and taurine in slices of several regions of rat central nervous system. Neuroscience 3:1069–1074
Drejer J, Honoré T, Schousboe A (1987) Excitatory amino acid induced release of 3H-GABA from cultured mouse cerebral cortex interneurons. J Neurosci 7:2910–2916
Saransaari P, Oja SS (1992) Release of GABA and taurine from brain-slices. Prog Neurobiol 38:455–482
Saransaari P, Oja SS (1993) Characteristics of GABA release modified by glutamate receptors in mouse hippocampal slices. Neurochem Int 43:453–459
Belhage B, Hansen GH, Schousboe A (1993) Depolarization by K+ and glutamate activates different neurotransmitter release mechanisms in GABAergic neurons: vesicular versus non-vesicular release of GABA. Neuroscience 54:1019–1034
Waagepetersen HS, Sonnewald U, Larsson OM, Schousboe A (2000) Compartmentation of TCA cycle metabolism in cultured neocortical neurons revealed by 13C MR spectroscopy. Neurochem Int 36:349–358
Palaiologos G, Hertz L, Schousboe A (1988) Evidence that aspartate amino transferase activity and ketodicarboxylate carrier function are essential for biosynthesis of transmitter glutamate. J Neurochem 51:317–320
Timmermann DB, Lund TM, Belhage B, Schousboe A (2001) Localization and function of voltage dependent calcium channels in cultured neocortical neurons. Int J Dev Neurosci 19:1–10
Geddes JW, Wood JD (1984) Changes in the amino acid content of nerve endings (synaptosomes) induced by drugs that alter the metabolism of glutamate and gamma-aminobutyric acid. J Neurochem 42:16–24
Bak LK, Schousboe A, Sonnewald U, Waagepetersen HS (2006) Glucose is necessary to maintain neurotransmitter homeostasis during synaptic activity in cultured glutamatergic neurons. J Cereb Blood Flow Metab 26:1285–1297
Lowry OH, Rosebrough NJ, Farr AL, Randall RJ (1951) Protein measurement with the folin phenol reagent. J Biol Chem 193:265–275
Waagepetersen HS, Bakken IJ, Larsson OM, Sonnewald U, Schousboe A (1998) Comparison of lactate and glucose metabolism in cultured neocortical neurons and astrocytes using 13C NMR spectroscopy. Dev Neurosci 20:310–320
Bræstrup C, Nielsen EB, Sonnewald U, Knutsen LJS, Andersen KE, Jansen JA, Frederiksen K, Andersen PH, Mortensen A, Suzdak PD (1990) (R)-N-[4,4-Bis(3-methyl-2-thienyl) but-3-en-1-yl]nipecotic acid binds with high affinity to the brain γ-aminobutyric acid uptake carrier. J Neurochem 54:639–647
Bernath S, Zigmond MJ (1988) Characterization of [3H]GABA release from striatal slices: evidence for a calcium-independent process via the GABA uptake system. Neuroscience 27:563–570
Bernath S (1992) Calcium-independent release of amino acid neurotransmitters: fact or artifact? Prog Neurobiol 38:57–91
Schousboe A (1981) Transport and metabolism of glutamate and GABA in neurons and glial cells. Int Rev Neurobiol 22:1–45
Larsson OM, Drejer J, Kvamme E, Svenneby G, Hertz L, Schousboe A (1985) Ontogenetic development of glutamate and GABA metabolizing enzymes in cultured cerebral cortex interneurons and in cerebral cortex in vivo. Int J Dev Neurosci 3:177–185
Mason GF, Gruetter R, Rothman DL, Behar KL, Shulman RG, Novotny EJ (1995) Simultaneous determination of the rates of the TCA cycle, glucose utilization, alpha-ketoglutarate/glutamate exchange, and glutamine synthesis in human brain by NMR. J Cereb Blood Flow Metab 15:12–25
Balazs R, Machiyama Y, Hammond BJ, Julian T, Richter D (1970) The operation of the gamma-aminobutyrate bypath of the tricarboxylic acid cycle in brain tissue in vitro. Biochem J 116:445–461
Machiyama Y, Balazs R, Hammond BJ, Julian T, Richter D (1970) Metabolism of gamma-aminobutyrate and glucose in potassium ion-stimulated brain tissue in-vitro. Biochem J 116:469–481
Sonnewald U, Westergaard N, Krane J, Unsgård G, Petersen SB, Schousboe A (1991) First direct demonstration of preferential release of citrate from astrocytes using [13C]NMR spectroscopy of cultured neurons and astrocytes. Neurosci Lett 128:235–239
Waagepetersen HS, Sonnewald U, Larsson OM, Schousboe A (2000) A possible role of alanine for ammonia transfer between astrocytes and glutamatergic neurons. J Neurochem 75:471–479
Bouzier-Sore AK, Voisin P, Canioni P, Magistretti PJ, Pellerin L (2003) Lactate is a preferential oxidative energy substrate over glucose for neurons in culture. J Cereb Blood Flow Metab 23:1298–1306
Peng L, Zhang X, Hertz L (1994) High extracellular potassium concentrations stimulate oxidative metabolism in a glutamatergic neuronal culture and glycolysis in cultured astrocytes but have no stimulatory effect in a GABAergic neuronal culture. Brain Res 663:168–172
Berl S, Clarke DD (1983) The metabolic compartmentation concept. In: Hertz L, Kvamme E, McGeer EG, Schousboe A (eds) Glutamine glutamate and GABA in the central nervous system. Alan R Liss Inc., New York, pp 205–217
Sonnewald U, Westergaard N, Schousboe A, Svendsen JS, Unsgaard G, Petersen SB (1993) Direct demonstration by [13C]NMR spectroscopy that glutamine from astrocytes is a precursor for GABA synthesis in neurons. Neurochem Int 22:19–29
Sonnewald U, Westergaard N, Hassel B, Müller TB, Unsgård G, Fonnum F, Hertz L, Schousboe A, Petersen SB (1993) NMR Spectroscopic studies of 13C acetate and 13C glucose metabolism in neocortical astrocytes: evidence for mitochondrial heterogeneity. Dev Neurosci 15:351–358
McKenna MC, Tildon JT, Stevenson JH, Hopkins IB (1994) Energy-metabolism in cortical synaptic terminals from weanling and mature rat-brain—evidence for multiple compartments of tricarboxylic-acid cycle activity. Dev Neurosci 16:291–300
Westergaard N, Sonnewald U, Petersen SB, Schousboe A (1995) Glutamate and glutamine metabolism in cultured GABAergic neurons studied by 13C NMR spectroscopy: evidence for compartmentation and mitochondrial heterogeneity. Neurosci Lett 185:24–28
Waagepetersen HS, Qu H, Sonnewald U, Shimamoto K, Schousboe A (2005) Role of glutamine and neuronal glutamate uptake in glutamate homeostasis and synthesis during vesicular release in cultured glutamatergic neurons. Neurochem Int 47:92–102