Expression of a selected glutamine transporters in two rat models of hepatic encephalopathy

Mariusz Popek

Abstract

Hepatic encephalopathy is a neuropsychiatric syndrome, usually caused by liver failure. As a result of liver dysfunction, concentration of neurotoxic compounds in the blood increases, of which ammonia is the most important. Ammonia is toxic to the brain, and is removed by the synthesis of glutamine. This amino acid is formed in astrocytes, in the reaction of glutamate and ammonia involving glutamine synthetase. Cerebral edema is a fatal complication of the acute phase of HE. The pathomechanism of cerebral edema is not well known hovewer, the accumulation of glutamine in astrocytes seems to play a major role. High concentration of glutamine causes an oxidative and nitrosative stress, mitochondrial dysfunction and swelling of astrocytes. Systems transporting glutamine out of the astrocytes can be an important factor in the development of brain edema. In the present study the expression of glutamine transporters: SNAT3 and SNAT5 belonging to the system N, responsible for glutamine transport out of the astrocytes, in the rat frontal cortex, in two models: hyperammonemic and thioacetamide were investigated. Thioacetamide model is a model of acute hepatic encephalopathy, which causes liver damage, while hyperammonemic model evokes an increase of ammonia concentration in the blood, without liver damage. The results indicate no changes in the expression of both SNAT3 and SNAT5 transporters on the mRNA and protein levels in the hyperammonemic model. Thioacetamide induces decrease in SNAT3 mRNA and protein expression without changes in the expression of protein SNAT5. The main mechanism which is related with decrease of transporters expression could be the protein ubiquitination by ubiquitin ligase Nedd4-2. It causes the degradation of the protein. Nedd4-2 is dependent on the serine-threonine kinase (SGK1), and SGK1 is dependent on several factors for example presence of cytokines and oxidative stress. These factors can affect the expression of SNAT3, because were observed in the studied animal models. In conclusion, decreased expression of both transporters in thioacetamide model can be associated with the occurrence of cerebral edema. Reduced amount of transporters may be responsible for accumulation of glutamine inside astrocytes and resulting cell swelling. Literature data indicate the occurrence of cerebral edema in a thioacetamide model, whereas brain edema was no detected in the hyperammonemic model. This observation indicates the possible involvement of glutamine transporters in the development and progression of brain edema, but still required many studies.
Diploma typeMaster of Science
Author Mariusz Popek
Mariusz Popek,,
-
Title in PolishBadanie ekspresji wybranych transporterów dla glutaminy w dwóch szczurzych modelach encefalopatii wątrobowej
Supervisor Patrycja Wińska ZTiBSL
Patrycja Wińska,,
- Department Of Drug Technology And Biotechnology
Certifying unitFaculty of Chemistry (FC)
Affiliation unitDepartment Of Drug Technology And Biotechnology (DDTB)
Study subject / specializationBiotechnologia Chemiczna - Leki i Kosmetyki
Languagepl polski
StatusFinished
Defense Date01-07-2013
Issue date (year)2013
Keywords in Polish-
Keywords in English-
Abstract in PolishEncefalopatia wątrobowa jest zespołem objawów neuropsychiatrycznych, powstałych najczęściej w wyniku dysfunkcji wątroby. Na skutek nieprawidłowego działania wątroby dochodzi do gromadzenia się we krwi związków neurotoksycznych, z których największe znaczenie zdaje się mieć amoniak. Jest on toksyczny dla mózgu, a jedyną drogą jego usunięcia jest synteza glutaminy. Aminokwas ten powstaje w astrocytach, w wyniku reakcji glutaminianu i amoniaku przy udziale syntetazy glutaminowej. W wyniku gromadzenia się glutaminy w astrocytach dochodzi do powstania obrzęku mózgu. Mechanizm tłumaczący działanie nadmiaru glutaminy opiera się na wnikaniu aminokwasu do mitochondriów, gdzie jest ona hydrolizowana do toksycznego amoniaku. Jego duże stężenie powoduje wystąpienie stresu oksydacyjnego i nitracyjnego, zaburzenia pracy mitochondriów, oraz obrzmienie astrocytów. Drugą przyczyną są osmotyczne właściwości glutaminy, podwyższone stężenie glutaminy powoduje wnikanie wody do astrocytów i nasilenie obrzęku. W związku z tym funkcja i ekspresja transporterów glutaminy może być kluczowa dla powstawania i przebiegu obrzęku mózgu. W niniejszej pracy zbadano ekspresję transporterów glutaminy należących do systemu N, odpowiedzialnego za transport tego aminokwasu w obrębie astrocytów. Ekspresję przedstawicieli systemu N: SNAT3 i SNAT5, na poziomie mRNA i białka, badano w korze czołowej szczura w dwóch modelach: hiperamonemicznym i tioacetamidowym. Model tioacetamidowy jest modelem encefalopatii wątrobowej, gdzie dochodzi do uszkodzenia wątroby, natomiast model hiperamonemiczny odpowiada zwiększeniu stężenia amoniaku we krwi bez uszkodzenia wątroby. Uzyskane wyniki wskazują na brak zmian ekspresji zarówno na poziomie mRNA jak i białka w modelu hiperamonemicznym u obu izoform. Natomiast w modelu tioacetamidowym wykazano obniżenie ekspresji mRNA i brak zmian w ekspresji na poziomie białka izoformy SNAT5, oraz obniżenie ekspresji mRNA i białka izoformy SNAT3. Głównym mechanizmem, przyczyniającym się do obniżenia ekspresji badanych izoform, może być ubikwitynacja białka przez ligazę ubikwityny Nedd4-2, która powoduje degradację białka i jest zależna od białkowej kinazy serynowo-treoninowej (SGK1), wrażliwej m. inn. na obecność cytokinin i stres oksydacyjny. Czynniki te są w różnym stopniu obecne w obu modelach, dlatego mogą wpływać na poziom ekspresji transporterów. Zmniejszona ekspresja izoformy SNAT3 w modelu tioacetamidowym może być związana z występowaniem obrzęku mózgu, który był obserwowany w tym modelu. Obniżona ilość białek transportowych odpowiedzialnych za transport glutaminy na zewnątrz astrocytów przyczynia się do gromadzenia się glutaminy, a także wody w komórkach. Nie obserwowano zmian ekspresji izoform układu N w modelu HAA, co zgadza się z brakiem obserwowanego obrzęku kory czołowej w tym modelu. Obserwacje te wskazują na możliwy udział transporterów glutaminy w powstawaniu obrzęku mózgu, ale patomechanizm tego procesu pozostaje w dalszym ciągu do wyjaśnienia.
File
Praca Magisterska Mariusz Popek.pdf (file archived - login or check accessibility on faculty) Praca Magisterska Mariusz Popek.pdf 1.56 MB


Back