BDNF の神経細胞における選択的過剰発現は、OGD やグルタミン酸誘発性の興奮毒性から神経膠原性ネットワークを保護する

The selective BDNF overexpression in neurons protects neuroglial networks against OGD and glutamate-induced excitotoxicity.

• S G Gaidin
• M V Turovskaya
• M S Gavrish
• A A Babaev
• V N Mal'tseva
• E V Blinova
• E A Turovsky

抄録

脳虚血は、グルタミン酸による興奮毒性により多くの神経細胞が損傷・死滅し、それに伴って細胞質Ca濃度（[Ca]）が全世界的に上昇する。本研究では、海馬神経細胞における BDNF の過剰発現が、虚血様条件（酸素・グルコース遮断）およびグルタミン酸誘導性興奮毒性（GluTox）による損傷に対する神経保護作用を調べることを目的とした。BDNFの過剰発現は、アデノ随伴(AAV)-Syn-BDNF-EGFPウイルスを用いた細胞培養物の導入により達成された。その結果、神経保護効果はCa依存的なBDNFの放出を介して神経保護シグナル伝達カスケードが活性化され、遺伝子発現が変化することによってもたらされた。BDNFの過剰発現による抗アポトーシス効果は、ホメオスタシス（Caホメオスタシス）を調節し、Ca過多やアポトーシス、壊死を抑制することが示唆された。逆に、Jun、Mapk8、caspase-3、炎症性サイトカインIL-1βなどのプロアポトーシスタンパク質の発現低下が認められた。これらの発現変化には、IL-1β受容体の量の減少やTNFαの発現量の減少を伴うことが明らかになった。また、BDNFの過剰発現はGABA(B)受容体の発現を変化させた。さらに、BDNFの過剰発現はGABA(B)受容体の発現を変化させ、NMDAおよびAMPA受容体サブユニットの発現を変化させ、Ca受容体の導電性を変化させた。以上の結果から、BDNF の過剰発現は、GABA(B)受容体の発現抑制や遺伝子発現制御を介して、OGD や GluTox の下で神経細胞やアストロサイトに複雑な神経保護効果を示すことが明らかになった。

Cerebral ischemia is accompanied by damage and death of a significant number of neurons due to glutamate excitotoxicity with subsequent a global increase of cytosolic Ca concentration ([Ca]). This study aimed to investigate the neuroprotective action of BDNF overexpression in hippocampal neurons against injury under ischemia-like conditions (oxygen and glucose deprivation) and glutamate-induced excitotoxicity (GluTox). The overexpression of BDNF was reached by the transduction of cell cultures with the adeno-associated (AAV)-Syn-BDNF-EGFP virus construct. Neuroprotective effects were mediated by Ca-dependent BDNF release followed by activation of the neuroprotective signaling cascades and changes of the gene expression. Thus, BDNF overexpression modulates Ca homeostasis in cells, preventing Ca overload and initiation of apoptotic and necrotic processes.Antiapoptotic effect of BDNF overexpression is mediated via activation of phosphoinositide-3-kinase (PI3K) pathway and changing the expression of PI3K, HIF-1, Src and an anti-inflammatory cytokine IL-10. On the contrary, the decrease of expression of proapoptotic proteins such as Jun, Mapk8, caspase-3 and an inflammatory cytokine IL-1β was observed. These changes of expression were accompanied by the decrease of quantity of IL-1β receptors and the level of TNFα in cells in control, as well as 24 h after OGD. Besides, BDNF overexpression changes the expression of GABA(B) receptors. Also, the expression of NMDA and AMPA receptor subunits was altered towards a change in the conductivity of the receptors for Ca. Thus, our results demonstrate that neuronal BDNF overexpression reveals complex neuroprotective effects on the neurons and astrocytes under OGD and GluTox via inhibition of Ca responses and regulation of gene expression.