יחידת מידה כרומטוגרפיה נוזלית ביצועים גבוהים Kynurenine וחומצה Kynurenic: ביוכימיה הנוגעים קוגניציה ולישון אצל חולדות
Summary
שינויים ב- kynurenine מסלול (KP) neuroactive מטבוליטים הם מעורבים מחלות פסיכיאטריות. חוקרים התוצאה הפונקציונלית של kynurenine שינו מסלול חילוף החומרים של ויוו בחולדות עשוי לעזור להבהיר רומן גישות טיפוליות. בפרוטוקול הנוכחי משלב גישות ביוכימיים והתנהגותיים לחקור את ההשפעה של אתגר kynurenine חריפה אצל חולדות.
Abstract
מסלול kynurenine (KP) של טריפטופן השפלה היה מעורב הפרעות פסיכיאטריות. באופן ספציפי, נגזר אסטרוציט המטבוליט kynurenic חומצה (KYNA), אנטגוניסט-שתי N-מתיל-d-אספרטט (NMDA) ואת רצפטורים אצטילכולין nicotinic (α7nACh) α7, היה מעורב תהליכים קוגניטיביים על בריאות ומחלה. כפי KYNA רמות גבוהות במוחם של חולי סכיזופרניה, תקלה glutamatergic, קולטנים שימוש הוא האמין להיות סיבתי קשורה בתפקוד הקוגניטיבי, תחום הליבה של פסיכופתולוגיה המחלה. KYNA עשוי לשחק תפקיד משמעותי pathophysiologically אנשים עם סכיזופרניה. ניתן להעלות את רמת KYNA אנדוגני במוח מכרסמים על ידי טיפול בבעלי-חיים עם kynurenine bioprecursor ישירה, פרה מחקרים בחולדות הראו כי הגבהים חריפה ב- KYNA עשוי להשפיע את תהליכי הלמידה והזיכרון שלהם. בפרוטוקול הנוכחי מתאר גישה זו ניסיוני בפירוט, והוא משלב א) ניתוח הביוכימי של רמות kynurenine בדם והמוח היווצרות KYNA (באמצעות כרומטוגרפיה נוזלית ביצועים גבוהים), בדיקת b) התנהגותית כדי לחקור זיכרון הקשרי תלויי-בהיפוקמפוס (פרדיגמה הימנעות פסיבי), ו- c) הערכה על התנהגות שינה [telemetric הקלטות שילוב העוויתיים (EEG) electromyogram (EMG) אותות] אצל חולדות. יחדיו, יחסים בין גבוהות KYNA, שינה, קוגניציה היא למדה, פרוטוקול זה מתאר בפירוט גישה נסיונית להבנת תפקוד תוצאות של העלאת kynurenine ו KYNA היווצרות ויוו בחולדות. התוצאות המתקבלות באמצעות וריאציות של פרוטוקול זה יהיה לבחון את ההשערה כי KP ואת KYNA לשרת תפקידי מרכזי הכוח ויסות שינה וקוגניציה במצבי בריאות ומחלה.
Introduction
KP אחראי משפילים כמעט 95% של טריפטופן חומצת אמינו חיונית1. במוח של יונקים, kynurenine תוך האסטרוציטים עובר מטבוליזם בתוך המולקולה קטנה neuroactive KYNA בעיקר על ידי האנזים kynurenine aminotransferase (קאט) II2. KYNA פועל כמו אנטגוניסט-קולטני NMDA, α7nACh המוח2,3,4, ואני גם מטרות איתות קולטנים כולל הקולטן פחמימן aryl (אמפר לשעה) ו- G-החלבון בשילוב קולטן 35 (GPR35)5 ,6. בחיות ניסוי, הגבהים במוח KYNA הוכחו לפגום את הביצועים הקוגניטיביים שלהם במערך של מבחני התנהגות2,7,8,9,10 . השערת המתעוררים מרמז על זה KYNA ממלא תפקיד חשוב להתכוונן תפקודים קוגניטיביים על ידי להשפיע על התנהגות שינה11, ובכך תומך עוד יותר את התפקיד של מולקולות נגזר אסטרוציט של להתכוונן לנוירוביולוגיה של שינה, קוגניציה12.
קלינית, הגבהים, KYNA נמצאו השדרתי ורקמות המוח פוסט-מורטם של חולים עם סכיזופרניה13,14,15,16, הפרעה פסיכיאטרית מתישה מאופיין על ידי ליקויים קוגניטיביים. חולי סכיזופרניה מוטרדים גם לעתים קרובות על ידי הפרעות שינה זה עשוי להחריף את המחלה17. להבין את התפקיד של חילוף החומרים KP, KYNA הכוח ויסות גומלין בין שינה, קוגניציה, בעיקר בין למידה וזיכרון, עשויה להוביל לפיתוח טיפולים לטיפול אלה עני תוצאות סכיזופרניה, השני מחלות פסיכיאטריות.
שיטה אמינה ועקבית לשקילת KP מטבוליטים חשוב להבטיח כי המחקר המתעוררים ממוסדות שונים שניתן לשלב את ההבנה המדעית של KP ביולוגיה. כיום, אנו מתארים את המתודולוגיה למדוד kynurenine בפלסמה עכברוש, KYNA במוח חולדה על ידי ביצועים גבוהים כרומטוגרפיה נוזלית (HPLC). בפרוטוקול הנוכחי, אשר עושה שימוש זיהוי fluorimetric בנוכחות Zn2 +, פותחה לראשונה על ידי Shibata18 ועוד לאחרונה הותאם and אופטימיזציה to derivatize עם 500 מ מ אבץ אצטט כמו טור שלאחר הכימית, המאפשר זיהוי אנדוגני, כמויות nanomolar של KYNA המוח11.
לעורר את הייצור KYNA דה נובו אנדוגני כמפורט בפרוטוקול הנוכחי, kynurenine bioprecursor ישירה מוזרק intraperitoneally (i.p.) בחולדות. בשילוב עם הערכות ביוכימי כדי לקבוע את מידת KYNA ייצור, ההשפעות של kynurenine לקרוא תיגר על הזיכרון תלוי בהיפוקמפוס (הימנעות פסיבי הפרדיגמה) ואת הארכיטקטורה שינה (EEG ו- EMG אותות) הוא גם ובדוקים11. שילוב של שיטות אלה מאפשר חקר ההשפעה הביוכימי ופונקציונליים של יישום kynurenine אתגר ויוו בחולדות.
Protocol
Representative Results
Discussion
עבור הערכה אמינה של KYNA במוח לאחר המינהל kynurenine היקפיים, חשוב לשלב ולפרש ניסויים הביוכימי ופונקציונליים. כאן, אנו מציגים פרוטוקול מפורט המאפשר למשתמשים חדשים ליצור שיטות יעילות למדידת פלזמה kynurenine של המוח KYNA של חולדות. המדד של kynurenine ב הפלזמה אישרה הזרקה מדויקת ואת המידה של מטבוליט KYNA מאשרת א?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחקר הנוכחי מומן בחלקו על ידי מכוני הבריאות הלאומיים (R01 NS102209) ותרומה של אמון פורבס קלייר אי.
Materials
| Wistar rats | Charles River Laboratories | adult male, 250-350 g | |
| L-kynurenine sulfate | Sai Advantium | ||
| ReproSil-Pur C18 column (4 x 150 mm) | Dr. Maisch GmbH | ||
| EZ Clips | Stoelting Co. | 59022 | |
| Mounting materials screws | PlasticsOne | 00-96 X 1/16 | |
| Nonabsorbable Sutures | MedRep Express | 699B | CP Medical Monomid Black Nylon Sutures, 4-0, P-3, 18", BOX of 12 |
| Absorbable Sutures | Ethicon | J310H | 4-0 Coated Vicryl Violet 1X27'' SH-1 |
| Dental Cement | Stoelting Co. | 51458 | |
| Drill Bit | Stoelting Co. | 514551 | 0.45 mm |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Alliance HPLC system | |||
| E2695 separation module | Waters | 176269503 | |
| 2475 fluorescence detector | Waters | 186247500 | |
| post-column reagent manager | Waters | 725000556 | |
| Lenovo computer | Waters | 668000249 | |
| Empower software | Waters | 176706100 | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Passive avoidance box for rat | |||
| Extra tall MDF sound attenuating cubicle | MedAssociates | ENV-018MD | Interior: 22"W x 22"H x 16"D |
| Center channel modulator shuttle box chamber | MedAssociates | ENV-010MC | |
| Stainless steel grid floor for rat | MedAssociates | ENV-010MB-GF | |
| Auto guillotine door | MedAssociates | ENV-010B-S | |
| Quick disconnect shuttle grid floor harness for rat | MedAssociates | ENV-010MB-QD | |
| Stimulus light, 1" white lens, mounted on modular panel | MedAssociates | ENV-221M | |
| Sonalert module with volume control for rat chamber | MedAssociates | ENV-223AM | |
| SmartCtrl 8 input/16 output package | MedAssociates | DIG-716P2 | |
| 8 Channel IR control for shuttle boxes | MedAssociates | ENV-253C | |
| Infrared source and dectector array strips | MedAssociates | ENV-256 | |
| Tabletop interface cabinet, 120 V 60 Hz | MedAssociates | SG-6080C | |
| Dual range constant current aversive stimulation module | MedAssociates | ENV-410B | |
| Solid state grid floor scrambler module | MedAssociates | ENV-412 | |
| Dual A/B shock control module | MedAssociates | ENV-415 | |
| 2' 3-Pin mini-molex extension | MedAssociates | SG-216A-2 | |
| 10' Shock output cable, DB-9 M/F | MedAssociates | SG-219G-10 | |
| Shuttle shock control cable 15', 6 | MedAssociates | SG-219SA | |
| Small tabletop cabinet and power supply, 120 V 60 Hz | MedAssociates | SG-6080D | |
| PCI interface package | MedAssociates | DIG-700P2-R2 | |
| Shuttle box avoidance utility package | MedAssociates | SOF-700RA-7 | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Sleep-Wake Monitoring Equipment | |||
| Ponehmah software | Data Sciences International (DSI) | PNP-P3P-610 | |
| MX2 8 Source Acquisition interface | Data Sciences International (DSI) | PNM-P3P-MX204 | |
| Dell computer, Optiplex 7020, Windows 7, 64 bit | Data Sciences International (DSI) | 271-0112-013 | |
| Dell 19" computer monitor | Data Sciences International (DSI) | 271-0113-001 | |
| Receivers for plastic cages, 8x | Data Sciences International (DSI) | 272-6001-001 | |
| Cisco RV130 VPN router | Data Sciences International (DSI) | RV130 | |
| Matrix 2.0 | Data Sciences International (DSI) | 271-0119-001 | |
| Network switch | Data Sciences International (DSI) | SG200-08P | |
| Neuroscore software | Data Sciences International (DSI) | 271-0171-CFG | |
| Two biopotential channels transmitter, model TL11M2-F40-EET | Data Sciences International (DSI) | 270-0134-001 |
References
- Leklem, J. E. Quantitative aspects of tryptophan metabolism in humans and other species: a review. The American Journal of Clinical Nutrition. 24 (6), 659-672 (1971).
- Pocivavsek, A., Notarangelo, F. M., Wu, H. Q., Bruno, J. P., Schwarcz, R., Pletnikov, M. V., Waddington, J. L. Astrocytes as Pharmacological Targets in the Treatment of Schizophrenia: Focus on Kynurenic Acid. Modeling the Psychophathological Dimensions of Schizophrenia – From Molecules to Behavior. , 423-443 (2016).
- Hilmas, C., et al. The brain metabolite kynurenic acid inhibits alpha7 nicotinic receptor activity and increases non-alpha7 nicotinic receptor expression: physiopathological implications. Journal of Neuroscience. 21 (19), 7463-7473 (2001).
- Perkins, M. N., Stone, T. W. An iontophoretic investigation of the actions of convulsant kynurenines and their interaction with the endogenous excitant quinolinic acid. Brain Research. 247 (1), 184-187 (1982).
- DiNatale, B. C., et al. Kynurenic acid is a potent endogenous aryl hydrocarbon receptor ligand that synergistically induces interleukin-6 in the presence of inflammatory signaling. Toxicological Sciences. 115 (1), 89-97 (2010).
- Wang, J., et al. Kynurenic acid as a ligand for orphan G protein-coupled receptor GPR35. The Journal of Biological Chemistry. 281 (31), 22021-22028 (2006).
- Alexander, K. S., Wu, H. Q., Schwarcz, R., Bruno, J. P. Acute elevations of brain kynurenic acid impair cognitive flexibility: normalization by the alpha7 positive modulator galantamine. Psychopharmacology (Berlin). 220 (3), 627-637 (2012).
- Chess, A. C., Landers, A. M., Bucci, D. J. L-kynurenine treatment alters contextual fear conditioning and context discrimination but not cue-specific fear conditioning. Behavioural Brain Research. 201 (2), 325-331 (2009).
- Chess, A. C., Simoni, M. K., Alling, T. E., Bucci, D. J. Elevations of endogenous kynurenic acid produce spatial working memory deficits. Schizophrenia Bulletin. 33 (3), 797-804 (2007).
- Pocivavsek, A., et al. Fluctuations in endogenous kynurenic acid control hippocampal glutamate and memory. Neuropsychopharmacology. 36 (11), 2357-2367 (2011).
- Pocivavsek, A., Baratta, A. M., Mong, J. A., Viechweg, S. S. Acute Kynurenine Challenge Disrupts Sleep-Wake Architecture and Impairs Contextual Memory in Adult Rats. Sleep. 40 (11), (2017).
- Halassa, M. M., et al. Astrocytic modulation of sleep homeostasis and cognitive consequences of sleep loss. Neuron. 61 (2), 213-219 (2009).
- Erhardt, S., et al. Kynurenic acid levels are elevated in the cerebrospinal fluid of patients with schizophrenia. Neuroscience Letters. 313 (1-2), 96-98 (2001).
- Linderholm, K. R., et al. Increased levels of kynurenine and kynurenic acid in the CSF of patients with schizophrenia. Schizophrenia Bulletin. 38 (3), 426-432 (2012).
- Sathyasaikumar, K. V., et al. Impaired kynurenine pathway metabolism in the prefrontal cortex of individuals with schizophrenia. Schizophrenia Bulletin. 37 (6), 1147-1156 (2011).
- Schwarcz, R., et al. Increased cortical kynurenate content in schizophrenia. Biological Psychiatry. 50 (7), 521-530 (2001).
- Pocivavsek, A., Rowland, L. M. Basic Neuroscience Illuminates Causal Relationship Between Sleep and Memory: Translating to Schizophrenia. Schizophrenia Bulletin. 44 (1), 7-14 (2018).
- Shibata, K. Fluorimetric micro-determination of kynurenic acid, an endogenous blocker of neurotoxicity, by high-performance liquid chromatography. Journal of Chromatography. 430 (2), 376-380 (1988).
- Buzsaki, G. Memory consolidation during sleep: a neurophysiological perspective. Journal of Sleep Research. 7, 17-23 (1998).
- Graves, L. A., Heller, E. A., Pack, A. I., Abel, T. Sleep deprivation selectively impairs memory consolidation for contextual fear conditioning. Learning & Memory. 10 (3), 168-176 (2003).
- Yamashita, M., Yamamoto, T. Tryptophan circuit in fatigue: From blood to brain and cognition. Brain Research. 1675, 116-126 (2017).
