Kynurenine ve Kynurenic asit yüksek performanslı sıvı kromatografi ölçüsü: Biyokimya biliş ve uyku sıçanlarda ilişkin
Summary
Kynurenine yolu (KP) neuroactive metabolitleri değişiklikler psikiyatrik hastalıklarda karıştığı. Bir değişmiş kynurenine yolu metabolizma vivo içinde Rodents fonksiyonel sonuçları araştıran yeni tedavi yaklaşımları aydınlatmak yardımcı olabilir. Geçerli protokol fareler bir akut kynurenine mücadelesine etkisini araştırmak için biyokimyasal ve davranışsal yaklaşımlar birleştirir.
Abstract
Triptofan bozulma kynurenine yolu (KP) psikiyatrik bozukluklar karıştığı olmuştur. Özellikle, astrocyte elde edilen metaboliti kynurenic asit (KYNA), bir antagonisti her iki N-metil-d-aspartat (NMDA) ve α7 (α7nACh) nikotinik asetilkolin reseptörü, sağlık ve hastalığında bilişsel süreçlerde karıştığı olmuştur. Şizofreni hastalarının beynindeki KYNA düzeyleri yüksek olarak, bir arıza glutamatergic ve kolinerjik reseptörler nedensel bilişsel işlev bozukluğu için hastalığın psikopatoloji bir çekirdek etki alanı ile ilgili olabilir inanılıyor. KYNA şizofreni ile bireylerde pathophysiologically önemli bir rol oynayabilir. Kemirgen beyinde endojen KYNA doğrudan bioprecursor kynurenine hayvanlarla davranarak yükseltmek mümkündür ve preklinik çalışmalar sıçanlarda akut yükselmeler KYNA öğrenme ve bellek süreçlerinin etkisi olabilir göstermiştir. Geçerli protokol bu deneysel yaklaşım ayrıntılı olarak açıklar ve kan kynurenine düzeyleri ve beyin KYNA oluşumu, (yüksek performanslı sıvı kromatografi kullanarak) bir) bir biyokimyasal analiz birleştirir b) davranışsal soruşturma için test hipokampal bağımlı bağlamsal bellek (pasif kaçınma paradigma) ve c) bir değerlendirme uyku-uyanıklık davranış [telemetric kayıtları birleştirerek electroencephalogram (EEG) ve electromyogram (EMG) sinyalleri] sıçanlarda. Birlikte ele alındığında, yüksek KYNA, uyku ve biliş arasında bir ilişki okudu ve bu protokol ayrıntılı olarak kynurenine yükselme ve KYNA oluşumu içinde vivo sıçanlarda işlevi sonuçlarını anlamak için deneysel bir yaklaşım açıklar. Bu iletişim kuralı değişimleri gözden geçirmek elde edilen sonuçlar KP ve KYNA uyku ve biliş sağlık ve hastalık Birleşik Devletleri oransal önemli roller hizmet hipotez test edecek.
Introduction
KP esansiyel amino asit triptofan1yaklaşık % 95’i aşağılayıcı için sorumludur. Memeli beyninde astrocytes alınan kynurenine neuroactive küçük molekül KYNA öncelikle enzim kynurenine aminotransferaz (KAT) II2tarafından metabolize. KYNA bir antagonisti NMDA ve α7nACh reseptörleri beyin2,3,4, görür ve ayrıca aril hidrokarbon reseptör (AHR) ve G-protein de dahil olmak üzere reseptörlerinin sinyal hedefleri reseptör 35 (GPR35) birleştiğinde5 ,6. Deneysel hayvan yükselmeler KYNA beyinde bilişsel performansları bir dizi davranışsal deneyleri2,7,8,9,10 zarar gösterilmiştir . Böylece daha fazla rol astrocyte kaynaklı moleküllerin uyku Nörobiyoloji oransal destekleme KYNA bilişsel işlevler tarafından etkileyen uyku-uyanıklık davranış11, oransal olarak önemli bir rol oynar gelişmekte olan bir hipotez öneriyor ve biliş12.
Klinik olarak, yükselmeler KYNA içinde beyin omurilik sıvısı ve otopsi beyin dokusu içinde şizofreni13,14,15,16, zayıflatıcı bir psikiyatrik bozukluk ile hastalardan bulunmuştur tarafından bilişsel bozuklukları ile karakterizedir. Şizofreni hastalarında da sık sık hastalık17şiddetlendirmek uyku bozukluğu tarafından boğulmuş. Uyku ve biliş, öğrenme ve hafıza, özellikle arasında bir ilişkisi oransal KP metabolizması ve KYNA rolünün anlaşılması şizofreni ve diğer fakir bu sonuçların tedavisi için yeni tedavilerin gelişmesine neden olabilir psikiyatrik hastalıklar.
KP metabolitleri ölçümü için güvenilir ve tutarlı bir yöntem çeşitli kuruluşlardan ortaya çıkan araştırma KP biyoloji bilimsel anlayış içine entegre edilebilir sağlamak önemlidir. Halen, kynurenine fare plazma ve KYNA sıçan beyin tarafından yüksek performanslı sıvı kromatografi (HPLC) ölçmek için yöntemler açıklanmaktadır. Yapar bir fluorimetric tespitinde huzurunda Zn2 +kullanın, Shibata18 ve daha yakın zamanda adapte ve bırakmak için sonrası sütun reaktifi olarak 500 mM çinko asetat ile derivatize için en iyi duruma getirilmiş tarafından geliştirilen ilk mevcut iletişim kuralı endojen, nanomolar miktarda KYNA beyin11algılama.
Mevcut protokolünde açıklandığı gibi de novo endojen KYNA üretimi teşvik için doğrudan bioprecursor kynurenine intraperitoneally enjekte edilir (IP) içinde rats. KYNA üretim derecesini belirlemek için biyokimyasal değerlendirmeler ile birlikte, bir kynurenine etkileri bağımlı hipokampal bellek (pasif kaçınma paradigma) meydan ve uyku-uyanıklık mimarisi (EEG ve EMG sinyalleri) de incelenen11. Bu teknikleri bir arada sıçanlarda kynurenine meydan vivo biyokimyasal ve fonksiyonel etkisini incelenmesi için izin verir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bir güvenilir değerlendirilmesi KYNA beyin için bir periferik kynurenine yönetim sonra birleştirmek ve biyokimyasal ve fonksiyonel deneyler yorumlamak çok önemlidir. Burada, yeni kullanıcıların, plazma kynurenine ve beyin KYNA sıçan ölçmek için etkili yöntemler kurmak için izin verir ayrıntılı bir iletişim kuralı mevcut. Kynurenine plazma ölçüm doğru enjeksiyon doğruladı ve beyin de novo sentezinde metaboliti KYNA ölçümü onaylar. Shibata18, huzurunda tam ol…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu da çalışmanın kısmen Ulusal Sağlık Enstitüleri (R01 NS102209) ve bir bağış Clare E. Forbes Trust tarafından finanse edildi.
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).
