The effect of modulation of Na+/К+-АТPase activity on viability of cerebellar granule cells exposed to oxidative stress in vitro


Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Oxidative stress is an important pathogenic factor in cerebral ischemia, which occupies one of the leading places among various forms of cerebral pathology in mortality and disability of the working-age population and is recognized as an actual problem of experimental and clinical neurology. Naturally, modeling of neurodestructive processes and their correction under the action of oxidative stress in vitro contributes to the study of protective mechanisms that counteract ischemic damage of neurons.

Objective. To reveal the influence of chemical preconditioning induced by transient inhibition of Na+/K+-ATPase activity on tolerance of cultured cerebellar granule neurons to oxidative stress at different stages of their differentiation in vitro.

Materials and methods. The activity of Na+/K+-ATPase was inhibited with ouabain, which was added at 3–4 and 7–8 days in vitro to cerebellar cell cultures of 7-day rats at a concentration of 0.1 mM for 24 hours before induction of oxidative stress by hydrogen peroxide (0.05 and 0.075 mM, 4 hours) or paraquat (0.15 and 0.2 mM, 24 hours).

Results. Oxidative stress induced by paraquat causes the most pronounced death of cultured granular neurons in immature (3–4 days) cultures, in which survival was 44±2,5% of neurons, compared to mature (7–8 days) cultures, in which survival was 61±5,4%. Pretreatment of cultures with ouabain has a protective effect, the most significant in mature cultures. The exposure of mature cultures with hydrogen peroxide kills more than 90% of neurons, whereas pretreatment with ouabain increases the survival rate by 44%. At the same time in the immature cultures the damaging effects of H2O2 and the protective effect of ouabain is less pronounced.

Conclusion. The increased tolerance of cultured cerebellar granule cells to oxidative stress after transient inhibition of Na+/K+-ATPase activity by ouabain is shown. The direct dependence of the efficiency of the ouabain protection on the degree of neuronal morphochemical differentiation in vitro is revealed.

About the authors

Elena V. Stelmashook

Research Center of Neurology

Email: khaspekleon@mail.ru
Russian Federation, Moscow

Nikolay K. Isaev

Research Center of Neurology;M.V.Lomonosov Moscow State University

Email: khaspekleon@mail.ru
Russian Federation, Moscow

Elizaveta E. Genrikhs

Research Center of Neurology

Email: khaspekleon@mail.ru
Russian Federation, Moscow

Leonid G. Khaspekov

Research Center of Neurology

Author for correspondence.
Email: khaspekleon@mail.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. Dirnagl U., Lindauer U., Them A. et al. Global cerebral ischemia in the rat: online monitoring of oxygen free radical production using chemiluminescence in vivo. J Cereb Blood Flow Metab 1995; 15: 929–940. doi: 10.1038/jcbfm.1995.118. PMID: 7593353.
  2. McGowan J.E., Chen L., Gao D. et al. Increased mitochondrial reactive oxygen species production in newborn brain during hypoglycemia. Neurosci Lett 2006; 399: 111–-114. doi: 10.1016/j.neulet.2006.01.034. PMID: 16490311.
  3. Hernandez-Fonseca K., Cardenas-Rodriguez N., Pedraza-Chaverri J., Massieu L. Calcium-dependent production of reactive oxygen species is involved in neuronal damage induced during glycolysis inhibition in cultured hippocampal neurons. J Neurosci Res 2008; 86: 1768–1780. doi: 10.1002/jnr.21634. PMID: 18293416.
  4. Kaur G., Arora S.K. Acetylcholinesterase and Na+,K+-ATPase activities in different regions of rat brain during insulin-induced hypoglycemia. Mol Chem Neuropathol 1994; 21: 83–93. PMID: 8179774.
  5. Mrsić-Pelcić J., Pelcić G., Vitezić D. et al. Hyperbaric oxygen treatment: the influence on the hippocampal superoxide dismutase and Na+,K+-ATPase activities in global cerebral ischemia-exposed rats. Neurochem Int 2004; 44: 585–594. doi: 10.1016/j.neuint.2003.10.004. PMID: 15016473.
  6. Stel'mashuk E.V., Isaev N.K., Andreeva N.A., Viktorov I.V. [Ouabain modulates the toxic effect of glutamate in dissociated cultures of granular cells in the rat cerebellum]. Bull Exp Biol Med 1996; 122: 163–166. PMID: 9081467. (In Russ.)
  7. Isaev N.K., Stelmashook E.V., Halle A. et al. Inhibition of Na+,K+-ATPase activity in cultured rats cerebellar granule cells prevents the onset apoptosis induced by low potassium. Neurosci Lett 2000; 283: 41–44. PMID: 10729629.
  8. Stel'mashuk E.V., Andreeva N.A., Isaev N.K. [Difference in staurosporine effect on mature and immature rat cerebellar granule cells in culture]. Neirokhimiya 2004; 21(1): 68–71. (In Russ.)
  9. Stelmashuk E.V., Belyaeva E.A., Isaev N.K. [Effect of acidosis, oxidative stress, and glutamate toxicity on the survival of mature and immature cultured cerebellar granule cells] Neirokhimiya 2006; 23(2): 131–135. (In Russ.)
  10. Isaev N.K., Avilkina A., Golyshev S.A. et al. N-acetyl-L-cysteine and Mn2+ attenuate Cd2+-induced disturbance of the intracellular free calcium homeostasis in cultured cerebellar granule neurons. Toxicology 2018; 393: 1–8. doi: 10.1016/j.tox.2017.10.017. PMID: 29100878.
  11. Isaev N.K., Genrikhs E.E., Voronkov D.N. et al. Streptozotocin toxicity in vitro depends on maturity of neurons. Toxicol Appl Pharmacol 2018; 348: 99–104. doi: 10.1016/j.taap.2018.04.024. PMID: 29684395.
  12. Cui X., Xie Z. Protein interaction and Na/K-ATPase-mediated signal transduction. molecules. 2017; 22: pii: E990. doi: 10.3390/molecules22060990. PMID: 28613263.
  13. Tauskela J.S., Aylsworth A., Hewitt M. et al. Preconditioning induces tolerance by suppressing glutamate release in neuron culture ischemia models. J Neurochem 2012; 122: 470–481. doi: 10.1111/j.1471-4159.2012.07791.x. PMID: 22607164.
  14. Orlov S.N., Taurin S., Thorin-Trescases N. et al. Inversion of the intracellular Na+/K+ ratio blocks apoptosis in vascular smooth muscle cells by induction of RNA synthesis. Hypertension 2000; 35: 1062–1068. PMID: 10818065.
  15. Liu J., Tian J., Hass M. et al. Ouabain interaction with cardiac Na+/K+ ATPase initiates signal cascades independent of changes in intracellular Na+ and Ca2+ concentrations. J Biol Chem 2000; 275: 27,838–27,844. doi: 10.1074/jbc.M002950200. PMID: 10874029.
  16. Xie Z., Askari A. Na+/K+-ATPase as a signal transducer. Eur J Biochem 2002; 269: 2434–2439. PMID: 12027880.
  17. Golden W.C., Martin L.J. Low-dose ouabain protects against excitotoxic apoptosis and up-regulates nuclear Bcl-2 in vivo. Neuroscience 2006; 137: 133–144. doi: 10.1016/j.neuroscience.2005.10.004. PMID: 16297565.
  18. Zhu C., Qiu L., Wang X. et al. Involvement of apoptosis-inducing factor in neuronal death after hypoxia-ischemia in the neonatal rat brain. J Neurochem 2003; 86: 306–317. PMID: 12871572.
  19. Hu B.R., Liu C.L., Ouyang Y. et al. Involvement of caspase-3 in cell death after hypoxia-ischemia declines during brain maturation. J Cereb Blood Flow Metab 2000; 20: 1294–1300. doi: 10.1097/00004647-200009000-00003. PMID: 10994850.
  20. Polster B.M., Robertson C.L., Bucci C.J. et al. Postnatal brain development and neural cell differentiation modulate mitochondrial Bax and BH3 peptide-induced cytochrome c release. Cell Death Differ 2003; 10: 365–370. doi: 10.1038/sj.cdd.4401158. PMID: 12700636.
  21. Inoue N., Matsui H., Tsukui H., Hatanaka H. The appearance of a highly digitalis-sensitive isoform of Na+,K+-ATPase during maturation in vitro of primary cultured rat cerebral neurons. J Biochem 1988; 104: 349–354. PMID: 2853703.
  22. Habiba A., Blanco G., Mercer R.W. Expression, activity and distribution of Na,K-ATPase subunits during in vitro neuronal induction. Brain Res 2000; 875: 1–13. PMID: 10967293.
  23. Corthésy-Theulaz I., Mérillat A.M., Honegger P., Rossier B.C. Na(+)-K(+)-ATPase gene expression during in vitro development of rat fetal forebrain. Am J Physiol 1990; 258: C1062–С1069. doi: 10.1152/ajpcell.1990.258.6.C1062. PMID: 1694395

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2018 Stelmashook E.V., Isaev N.K., Genrikhs E.E., Khaspekov L.G.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».