1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Биологические мембраны: Журнал мембранной и клеточной биологии
  4. T. 40, № 3, 2023

Биологические мембраны: Журнал мембранной и клеточной биологии, 2023, T. 40, № 3, стр. 194-202

Активация каннабиноидных рецепторов подавляет гипервозбуждение нейрональных сетей гиппокаммпа крысы in vitro

С. А. Майоров a, Б. К. Кайрат b, С. Г. Гайдин a, А. М. Косенков a, В. П. Зинченко a, *

a Институт биофизики клетки РАН, ФИЦ ПНЦБИ РАН
142290 Пущино, Московская обл., Россия

b Казахский национальный университет имени аль-Фараби
050040 Алматы, Республика Казахстан

* E-mail: vpz@mail.ru

Поступила в редакцию 27.12.2022
После доработки 03.02.2023
Принята к публикации 06.02.2023

Аннотация

Каннабиноидные (СВ) рецепторы играют ключевую роль в различных физиологических процессах в организме, включая нейрогенез, синаптическую пластичность, иммунную модуляцию, апоптоз, а также участвуют в регуляции метаболизма, деятельности сердечно-сосудистой и репродуктивной систем. Поскольку многие каннабиноидные рецепторы подавляют гипервозбуждение и защищают клетки от гибели, то методы модуляции их активности имеют терапевтические перспективы при лечении таких патологий нервной системы, как психические расстройства, эпилепсия, болезни Паркинсона и Гентингтона, рассеянный склероз, травмы спинного и головного мозга. В данной работе приведены экспериментальные данные, демонстрирующие эффекты агониста каннабиноидных рецепторов WIN 55,212-2 на индуцированные осцилляции внутриклеточной концентрации Ca2+ ([Ca2+]i) в двух клеточных моделях эпилептиформной активности. Для исследования нейропротекторных свойств WIN 55,212-2 гипервозбуждение вызывали добавлением антагониста ГАМК(А)-рецепторов, бикукуллина, или возбуждающих доз хлорида аммония. Как показали эксперименты, WIN 55,212-2 в концентрации от 100 нМ и выше заметно подавляет частоту кальциевых колебаний и снижает базальный уровень [Ca2+]i. При этом амплитуда колебаний в присутствии агониста также снижалась. WIN 55,212-2 в концентрации 2 мкМ подавлял вызванные хлоридом аммония кальциевые колебания во всех нейронах, но вызывал импульсное бифазное повышение базального уровня [Ca2+]i в 20% астроцитов. Таким образом, в данной работе с использованием различных моделей гипервозбуждения нейрональных сетей продемонстрировано потенциальное противоэпилептическое действие агониста каннабиноидных рецепторов WIN 55,212-2.

Ключевые слова: каннабиноидные рецепторы, внутриклеточный кальций, астроциты, нейроны, гипервозбуждение нейрональных сетей

Список литературы

  1. Vossel K.A., Tartaglia M.C., Nygaard H.B., Zeman A.Z., Miller B.L. 2017. Epileptic activity in Alzheimer’s disease. Lancet Neurology. 16 (4), 311–322.

  2. Chai Z., Ma C., Jin X. 2019. Homeostatic activity regulation as a mechanism underlying the effect of brain stimulation. Bioelectron Med. 5, 16.

  3. Turovsky E.A., Turovskaya M.V., Gaidin S.G., Zinchenko V.P. 2017. Cytokine IL-10, activators of PI3-kinase, agonists of α-2 adrenoreceptor and antioxidants prevent ischemia-induced cell death in rat hippocampal cultures. Archives Biochem. Biophys. 615 (1), 35–43.

  4. Finnerup N.B., Attal N., Haroutounian S., McNicol E., Baron R., Dworkin R.H., Gilron I., Haanpää M., Hansson P., Jensen T.S., Kamerman P.R., Lund K., Moore A., Raja S.N., Rice A.S.C., Rowbotham M., Sena E., Siddall P., Smith B.H., Wallace M. 2015. Pharmacotherapy for neuropathic pain in adults. Lancet Neurology. 14 (2), 162–173.

  5. Yoo J.Y., Panov F. 2019. Identification and treatment of drug-resistant epilepsy. Continuum (Minneap. Minn.). 25 (2), 362–380.

  6. Wu J. 2019. Cannabis, cannabinoid receptors, and endocannabinoid system. Acta Pharmacol. Sin. 40 (3), 297–299.

  7. Montero-Oleas N., Arevalo-Rodriguez I., Nuñez-González S., Viteri-García A., Simancas-Racines D. 2020. Therapeutic use of cannabis and cannabinoids: An evidence mapping and appraisal of systematic reviews. BMC Complement. Med. Ther. 20 (1), 2456.

  8. Kow R.L., Jiang K., Naydenov A.V., Le J.H., Stella N., Nathanson N.M. 2014. Modulation of pilocarpine-induced seizures by cannabinoid receptor 1. PLoS One. 9 (4), e95922.

  9. Marsicano G., Goodenough S., Monory K., Hermann H., Eder M., Cannich A., Azad S.C., Cascio M.G., Gutiérrez S.O., van der Stelt M., López-Rodriguez M.L., Casanova E., Schütz G., Zieglgänsberger W., Di Marzo V., Behl C., Lutz B. 2003. CB1 cannabinoid receptors and on-demand defense against excitotoxicity. Science. 302 (5642), 84–88.

  10. Zou S., Kumar U. 2018. Cannabinoid receptors and the endocannabinoid system: Signaling and function in the central nervous system. Int. J. Mol. Sci. 19 (3), 833.

  11. Sagredo O., González S., Aroyo I., Pazos M.R., Benito C., Lastres-Becker I., Romero J.P., Tolón R.M., Mechoulam R., Brouillet E., Romero J., Fernández-Ruiz J. 2009. Cannabinoid CB2 receptor agonists protect the striatum against malonate toxicity. Glia. 57 (11), 1154–1167.

  12. Chen D.-J., Gao M., Gao F.-F., Su Q.-X., Wu J. 2017. Brain cannabinoid receptor 2. Acta Pharmacol. Sin. 38 (3), 312–316.

  13. Stempel A.V., Stumpf A., Zhang H.-Y., Özdoğan T., Pannasch U., Theis A.-K., Otte D.-M., Wojtalla A., Rácz I., Ponomarenko A., Xi Z.-X., Zimmer A., Schmitz D. 2016. Cannabinoid type 2 receptors mediate a cell type-specific plasticity in the hippocampus. Neuron. 90 (4), 795–809.

  14. Stumpf A., Parthier D., Sammons R.P., Stempel A.V., Breustedt J., Rost B.R., Schmitz D. 2018. Cannabinoid type 2 receptors mediate a cell type-specific self-inhibition in cortical neurons. Neuropharmacology. 139, 217–225.

  15. Ma Z., Gao F., Larsen B., Gao M., Luo Z., Chen D., Ma X., Qiu S., Zhou Y., Xie J., Xi Z.-X., Wu J. 2019. Mechanisms of cannabinoid CB2 receptor-mediated reduction of dopamine neuronal excitability in mouse ventral tegmental area. EBioMedicine. 42, 225–237.

  16. Mason R., Cheer J.F. 2009. Cannabinoid receptor activation reverses kainate-induced synchronized population burst firing in rat hippocampus. Front. Integr. Neurosci. 3, 13.

  17. Milano W., Capasso A. 2018. Neuroprotection by cannabinoids in neurodegenerative diseases. Alzheimers Dement. Cogn. Neurol. 2 (1), 1–7.

  18. Casillas-Espinosa P.M., Ali I., O’Brien T.J. 2020. Neurodegenerative pathways as targets for acquired epilepsy therapy development. Epilepsia Open. 5 (2), 138–154.

  19. Kendall D.A., Yudowski G.A. 2017. Cannabinoid receptors in the central nervous system. Front. Cell. Neurosci. 10, 9790.

  20. Mitchell V.A., Jeong H.-J., Drew G.M., Vaughan C.W. 2011. Cholecystokinin exerts an effect via the endocannabinoid system to inhibit GABAergic transmission in midbrain periaqueductal gray. Neuropsychopharmacology. 36 (9), 1801–1810.

  21. Sánchez-Blázquez P., Rodríguez-Muñoz M., Garzón J. 2014. The cannabinoid receptor 1 associates with NMDA receptors to produce glutamatergic hypofunction. Front. Pharmacol. 4, 169.

  22. Navarrete M., Araque A. 2008. Endocannabinoids mediate neuron-astrocyte communication. Neuron. 57 (6), 883–893.

  23. Bazargani N., Attwell D. 2016. Astrocyte calcium signaling. Nat. Neurosci. 19 (2), 182–189.

  24. Navarrete M., Araque A. 2010. Endocannabinoids potentiate synaptic transmission through stimulation of astrocytes. Neuron. 68 (1), 113–126.

  25. Hryhorowicz S., Kaczmarek-Ryś M., Andrzejewska A., Staszak K., Hryhorowicz M., Korcz A., Słomski R. 2019. Allosteric modulation of cannabinoid receptor 1-current challenges and future opportunities. Int. J. Mol. Sci. 20 (23), 5874.

  26. Bosoi C.R., Rose C.F. 2009. Identifying the direct effects of ammonia on the brain. Metab. Brain Dis. 24 (1), 95–102.

  27. Dahlberg D., Ivanovic J., Hassel B. 2016. Toxic levels of ammonia in human brain abscess. J. Neurosurg. 124 (3), 854–860.

  28. Dynnik V.V., Kononov A.V., Sergeev A.I., Teplov I.Y., Tankanag A.V., Zinchenko V.P., Abulseoud O.A. 2015. To break or to brake neuronal network accelerated by ammonium ions? PLoS ONE. 10 (7), e0134145.

  29. Gaidin S.G., Zinchenko V.P., Kosenkov A.M. 2020. Mechanisms of ammonium-induced neurotoxicity. Neuroprotective effect of alpha-2 adrenergic agonists. Archives Biochem. Biophys. 693, 108593.

  30. Gaidin S.G., Zinchenko V.P., Sergeev A.I., Teplov I.Y., Mal’tseva V.N., Kosenkov A.M. 2020. Activation of alpha-2 adrenergic receptors stimulates GABA release by astrocytes. Glia. 68 (6), 1114–1130.

  31. Zhu X., Birnbaumer L. 1996. G protein subunits and the stimulation of phospholipase C by Gs-and Gi-coupled receptors. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 93 (7), 2827–2831.

  32. Madukwe J.C., Garland-Kuntz E.E., Lyon A.M., Smrcka A.V. 2018. G protein βγ subunits directly interact with and activate phospholipase Cϵ. J. Biol. Chem. 293 (17), 6387–6397.

  33. Enkvist M.O., Hämäläinen H., Jansson C.C., Kukkonen J.P., Hautala R., Courtney M.J., Akerman K.E. 1996. Coupling of astroglial alpha 2-adrenoreceptors to second messenger pathways. J. Neurochem. 66 (6), 2394–2401.

  34. Ott P., Vilstrup H. 2014. Cerebral effects of ammonia in liver disease. Metab. Brain Dis. 29 (4), 901–911.

  35. Huang Y., Thathiah A. 2015. Regulation of neuronal communication by G protein-coupled receptors. FEBS Lett. 589 (14), 1607–1619.

  36. Wang T., Zhou G., He M., Xu Y., Rusyniak W.G., Xu Y., Ji Y., Simon R.P., Xiong Z.-G., Zha X.-M. 2020. GPR68 is a neuroprotective proton receptor in brain ischemia. Stroke. 51 (12), 3690–3700.

  37. Poskanzer K.E., Yuste R. 2016. Astrocytes regulate cortical state switching in vivo. Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. 113 (19), E2675-84.

  38. Bindocci E., Savtchouk I., Liaudet N., Becker D., Carriero G., Volterra A. 2017. Three-dimensional Ca2+ imaging advances understanding of astrocyte biology. Science. 356 (6339), eaai8185.

  39. Hablitz L.M., Gunesch A.N., Cravetchi O., Moldavan M., Allen C.N. 2020. Cannabinoid signaling recruits astrocytes to modulate presynaptic function in the suprachiasmatic nucleus. eNeuro. 7 (1), ENEURO.0081-19.2020.

  40. Abo Youssef N., Schneider M.P., Mordasini L., Ineichen B.V., Bachmann L.M., Chartier-Kastler E., Panicker J.N., Kessler T.M. 2017. Cannabinoids for treating neurogenic lower urinary tract dysfunction in patients with multiple sclerosis. B.J.U. Int. 119 (4), 515–521.

  41. Abood M.E., Rizvi G., Sallapudi N., McAllister S.D. 2001. Activation of the CB1 cannabinoid receptor protects cultured mouse spinal neurons against excitotoxicity. Neurosci. Lett. 309 (3), 197–201.

  42. Twitchell W., Brown S., Mackie K. 1997. Cannabinoids inhibit N- and P/Q-type calcium channels in cultured rat hippocampal neurons. J. Neurophysiol. 78 (1), 43–50.

  43. Ohno-Shosaku T., Kano M. 2014. Endocannabinoid-mediated retrograde modulation of synaptic transmission. Current Opinion Neurobiol. 29, 1–8.

  44. Monory K., Polack M., Remus A., Lutz B., Korte M. 2015. Cannabinoid CB1 receptor calibrates excitatory synaptic balance in the mouse hippocampus. J. Neurosci. 35 (9), 3842–3850.

  45. Cohen I., Navarro V., Clemenceau S., Baulac M., Miles R. 2002. On the origin of interictal activity in human temporal lobe epilepsy in vitro. Science. 298 (5597), 1418–1421.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Биологические мембраны: Журнал мембранной и клеточной биологии

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал