キヌレニンとキヌレン酸の高速液体クロマトグラフィーによる測定: 認知およびラットの睡眠に関する生化学
Summary
キヌレニン経路 (KP) 生理代謝の変化は、精神疾患に関与しています。変更されたキヌレニン経路代謝、体内の齧歯動物での機能的帰結を調査新規治療法の解明を助けるかもしれない。現在のプロトコルは、ラットにおける急性キヌレニン挑戦の影響を調査する生化学的および行動のアプローチを組み合わせたものです。
Abstract
トリプトファン分解のキヌレニン経路 (KP) は、精神疾患に関与しています。具体的には、アストロ サイト由来の代謝産物キヌレン酸 (カイナ) 両方のNで拮抗薬-メチル-d-アスパラギン酸 (NMDA) と α 7 ニコチン性アセチルコリン (α7nACh) 受容体、健康と病気における認知プロセスに関与しています。統合失調症患者の脳でカイナ レベルが上昇するいるとグルタミン酸作動性およびコリン作動性受容体での誤動作は作因的認知機能の障害、病気の精神病理学のコア ドメインに関連すると考えられます。カイナは、統合失調症者の病態生理学的に重要な役割を果たす可能性があります。ラットにおける前臨床研究はカイナの急性の高度は、彼らの学習・記憶プロセスに影響を与える可能性を示しているし、直接 bioprecursor キヌレニンに動物を扱うことによって齧歯動物の脳内の内因性カイナを昇格することが可能です。現在のプロトコル詳細でこの実験的アプローチを説明し、キヌレニン血糖と脳カイナ形成 (高速液体クロマトグラフィーを使用して)、a) の生化学的解析を組み合わせた b) 行動テスト プローブを海馬依存性の文脈の記憶 (受動的回避反応パラダイム) と c) 睡眠・覚醒行動 [脳波と筋電図 (EMG) を組み合わせた遠隔録音] の評価ラット。一緒に取られて、高いカイナ、睡眠、認知の関係を研究して、このプロトコルの詳細に記述するキヌレニン標高とカイナ形成生体内でラットの関数の結果を理解するための実験的アプローチ。このプロトコルの変化により得られた成果は、KP とカイナが睡眠と健康と病気の状態で認知を調節する際に極めて重要な役割を果たす仮説をテストします。
Introduction
KP は必須アミノ酸トリプトファン1の約 95% を分解します。哺乳類の脳キヌレニン アストロ サイトには主に酵素キヌレニン アミノトランスフェラーゼ (KAT) II2によって生理小分子カイナに代謝されます。カイナは脳2,3,の4NMDA と α7nACh 受容体拮抗薬として機能し、またターゲット シグナル受容体 G タンパク質およびアリール炭化水素受容体 (AHR) を含む結合受容体 35 (GPR35)5 ,6。実験動物で行動アッセイ2,7,8,9,10の配列の認識性能に支障をきたす脳カイナの高度が示されています。.カイナは、こうして睡眠の神経生物学におけるアストロ サイト由来の分子の役割をさらにサポートによる睡眠・覚醒行動11、認知機能を調節する際に不可欠な役割を果たして新たな仮説を提案し、認知12。
カイナで標高を統合失調症13,14,15,16、衰弱させる精神障害患者の脳脊髄液と死後の脳の組織で発見されている臨床的に認知障害によって特徴づけられます。統合失調症患者もよく、17の病気を悪化させる可能性があります睡眠障害に悩まされています。統合失調症やその他のこれらの貧しい人々 の成果を治療するための新規治療法の開発につながる可能性があります睡眠と認知、学習と記憶、特に間の関係を調節することで KP 代謝とカイナの役割を理解精神科の病気です。
信頼性と一貫性のある KP 代謝物の測定法は、KP 生物学の科学的な理解に様々 な機関から新たな研究を統合できることを保証するために重要です。現在、高速液体クロマトグラフィー (HPLC) によるラット血漿中キヌレニンとラット脳におけるカイナを測定する手法について述べる.Zn2 +の存在下で蛍光検出の使用になります、まず柴田18など最近適応し、ポストカラム試薬として 500 mM 酢酸亜鉛と derivatize に最適化によって開発された現在のプロトコル脳11カイナ内因性、ナノモル量の検出。
議定書に従って、 de novoの内因性カイナの生産を刺激する直接 bioprecursor キヌレニンを腹腔内注入 (i. p.) ラットで。カイナ生産の度を決定する生化学的評価と組み合わせて、海馬依存性の記憶 (受動的回避反応パラダイム) で、キヌレニンの影響に挑戦はまた、睡眠アーキテクチャ (脳波、筋電図信号)検討した11。これらの技術の組み合わせは、キヌレニン チャレンジ生体内でラットの生化学的, 機能的影響の研究のためことができます。
Protocol
Representative Results
Discussion
周辺キヌレニン投与後脳のカイナの信頼性の評価を組み合わせて、機能的な生化学的実験を解釈に重要です。ここでは、プラズマ キヌレニンとラットのカイナの脳を測定する効果的な方法を確立する新しいユーザーを可能にする詳細なプロトコルを提案する.プラズマに於けるキヌレニンの測定確認正確な注入しカイナ代謝物の測定は、脳におけるデノボ合成を確認します。柴田<sup cla…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
本研究は健康の国民の協会 (R01 NS102209) とクレア e. フォーブスの信頼からの寄付によって部分的に資金を供給されました。
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 |
Referências
- 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).
