高圧ストレス応答。NMDA受容体サブタイプと分子マーカーの関与

High Pressure Stress Response: Involvement of NMDA Receptor Subtypes and Molecular Markers.

• Alice Bliznyuk
• Michael Hollmann
• Yoram Grossman

抄録

1.1MPa以上の高圧（HP）にさらされたプロのダイバーは、可逆的なCNSの過興奮性と認知・運動障害を特徴とする高圧神経症（HPNS）に悩まされる。HPNSはHPでのディープダイビングの最後の大きな制約となっている．深海飽和潜水中のHPへの長期にわたる反復的な曝露は、永続的な記憶と運動機能の障害をもたらす可能性がある。これまでの研究では、HPNSに関連した中枢神経系の興奮性は、主に-メチル-D-アスパラギン酸受容体（NMDAR）によって誘導されることが明らかになっている。GluN2Aサブユニットを含むNMDARは、He HPで大きな(約60%)電流増加を示す唯一のNMDARである。他のGluN2メンバーを含むNMDARサブタイプは、電流のわずかな減少または変化を示さない。20〜25分の圧縮の間に追加のNMDARを膜に挿入することにより電流増大が生じる可能性があるという仮説を検証するために、免疫沈降を使用した。その結果、HP条件下では卵母細胞膜中のNMDARの表面発現は増加しないことが示された。対照的に、グリセルアルデヒド-3-リン酸脱水素酵素（GAPDH）およびβ-アクチンの一貫した増加が発見された。GAPDHとβ-アクチンは様々な細胞制御に関与する細胞質タンパク質であり、これらの発現の増加はHPに対する一般的な細胞ストレス応答の存在を示唆している。特定のNMDARサブタイプの正確な興奮亢進メカニズムと、HP曝露中の他の可能性のある神経毒性プロセスを理解することは、HPNSの有害ではあるが可逆的な短期的な影響を排除する鍵となり、うまくいけば有害な長期的な影響を排除する鍵となるでしょう。

Professional divers who are exposed to high pressure (HP) above 1.1 MPa suffer from high pressure neurological syndrome (HPNS), which is characterized by reversible CNS hyperexcitability and cognitive and motor deficits. HPNS remains the final major constraints on deep diving at HP. Prolonged and repetitive exposure to HP during deep sea saturation dives may result in permanent memory and motor impairment. Previous studies revealed that CNS hyperexcitability associated with HPNS is largely induced by -methyl-D-aspartate receptors (NMDARs). NMDARs that contain the GluN2A subunit are the only ones that show a large (∼60%) current increase at He HP. NMDAR subtypes that contain other GluN2 members show minor decrease or no change of the current. Immunoprecipitation was used in order to test the hypothesis that current augmentation may result from inserting additional NMDARs into the membrane during the 20-25 min compression. The results indicated that there is no increase in surface expression of NMDARs in the oocyte membrane under HP conditions. In contrast, consistent increase in glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) and β-actin was discovered. GAPDH and β-actin are cytosolic proteins which involve in various cellular control processes, increase of their expression suggests the presence of a general cellular stress response to HP. Understanding the precise hyperexcitation mechanism(s) of specific NMDAR subtypes and other possible neurotoxic processes during HP exposure could provide the key for eliminating the adverse, yet reversible, short-term effects of HPNS and hopefully the deleterious long-term ones.

Copyright © 2019 Bliznyuk, Hollmann and Grossman.