Оцінка потенційної нейроактивності у нервових терміналях головного мозку компонента планетарного пилу фулерену C60
DOI:
https://doi.org/10.15407/knit2023.05.060Ключові слова:
L-[14C]глутамат, [3Н]ГАМК, нервові терміналі головного мозку, планетарний пил, позаклітинні рівні нейромедіаторів, синаптосомиАнотація
Дослідження інфрачервоного спектру середовища планетарної туманності Tc 1 виявило випромінювання холодних і нейтральних фулеренів C60 та С70. Результати аналізу інфрачервоних спектрів, отриманих за допомогою космічного телескопа "Хаббл" остаточно довели існування в міжзоряному середовищі фулерену С60. Ці великі вуглецевовмісні молекули можуть утворюватися і існувати в міжзоряному середовищі, а також є кандидатами для пояснення багатьох дифузних смуг міжзоряного поглинання. У даній роботі проведено оцінку потенційної нейроактивності компоненту планетарного пилу фулерену C60 у ізольованих нервових терміналях головного мозку щурів. Показано, що фулерен С60 у неопроміненому стані за концентрації 0,05 – 0,25 мг/мл не змінював позаклітинні рівні збуджувального нейромедіатора L-[14C]глутамату та гальмівного нейромедіатора [3H]ГАМК у препаратах нервових терміналей головного мозку. Однак, підвищення концентрації до 0,5 та 1,00 мг/мл призводило до зростання позаклітинних рівнів L-[14C]глутамату та [3H]ГАМК. Тобто, фулерен С60 не викликає ознак гострої нейротоксичності у нервових терміналях головного мозку у межах концентрацій 0,05 – 0,25 мг/мл. Однак, враховуючи, що C60 піддається фотоокисленню, можна очікувати, що він може набувати нейротоксичних властивостей in situ.Посилання
Abbott N.J. (2000). Inflammatory mediators and modulation of blood-brain barrier permeability. Cell. Mol. Neurobiol. V.20, № 2, P. 131-147.
https://doi.org/10.1023/A:1007074420772
Aly F.M., Othman A., Haridy M.A.M. (2018). Protective Effects of Fullerene C60 Nanoparticles and Virgin Olive Oil against Genotoxicity Induced by Cyclophosphamide in Rats Oxid. Med. Cell. Longev. V.2018,
https://doi.org/10.1155/2018/1261356
Baati T., Bourasset F., Gharbi N., et al. (2012). The prolongation of the lifespan of rats by repeated oral administration of [60]fullerene Biomaterials. V.33, № 19, P. 4936-4946.
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2012.03.036
Borisova T. (2016). Permanent dynamic transporter-mediated turnover of glutamate across the plasma membrane of presynaptic nerve terminals: arguments in favor and against. Rev. Neurosci. V.27, № 1, P. 71-81.
https://doi.org/10.1515/revneuro-2015-0023
DOI: 10.1515/revneuro-2015-0023.
https://doi.org/10.1515/revneuro-2015-0023
Borisova T. (2018). Nervous System Injury in Response to Contact With Environmental, Engineered and Planetary Micro- and Nano-Sized Particles Front. Physiol. V.9, P. 728.
https://doi.org/10.3389/fphys.2018.00728
Borisova T. (2019). Express assessment of neurotoxicity of particles of planetary and interstellar dust npj Microgravity. V.5, № 1, P. 2.
https://doi.org/10.1038/s41526-019-0062-7
Borisova T., Borysov A. (2016). Putative duality of presynaptic events. Rev. Neurosci. V.27, № 4, P. 377-83.
https://doi.org/10.1515/revneuro-2015-0044
Borisova T., Kucherenko D., Soldatkin O., et al. (2018). An amperometric glutamate biosensor for monitoring glutamate release from brain nerve terminals and in blood plasma Anal. Chim. Acta. V.1022, P. 113-123.
https://doi.org/10.1016/j.aca.2018.03.015
Borisova T., Pozdnyakova N., Dudarenko M., et al. (2021). GABAA receptor agonist cinazepam and its active metabolite 3-hydroxyphenazepam act differently at the presynaptic site Eur. Neuropsychopharmacol. V.45, P. 39-51.
https://doi.org/10.1016/j.euroneuro.2021.03.013
Borisova T., Pozdnyakova N., Krisanova N., et al. (2021). Unique features of brain metastases-targeted AGuIX nanoparticles vs their constituents: A focus on glutamate-/GABA-ergic neurotransmission in cortex nerve terminals Food Chem. Toxicol. V.149, P. 112004.
https://doi.org/10.1016/j.fct.2021.112004
Borisova T., Pozdnyakova N., Shaitanova E., et al. (2015). Synthesis of new fluorinated analogs of GABA, Pregabalin bioisosteres, and their effects on [3H]GABA uptake by rat brain nerve terminals Bioorg. Med. Chem. V.23, № 15, P. 4316-4323.
https://doi.org/10.1016/j.bmc.2015.06.038
Borysov A., Krisanova N., Chunihin O., et al. (2014). A comparative study of neurotoxic potential of synthesized polysaccharide-coated and native ferritin-based magnetic nanoparticles. Croat. Med. J. V.55, № 3, P. 195-205.
https://doi.org/10.3325/cmj.2014.55.195
Bourdon J.A., Saber A.T., Jacobsen N.R., et al. (2012). Carbon black nanoparticle instillation induces sustained inflammation and genotoxicity in mouse lung and liver V.9, № 1, P. 5.
https://doi.org/10.1186/1743-8977-9-5
Cami J., Bernard-Salas J., Peeters E., et al. (2010). Detection of C60 and C70 in a young planetary nebula Science. V.329, № 5996, P. 1180-1182.
https://doi.org/10.1126/science.1192035
Campbell E.K., Holz M., Gerlich D., et al. (2015). Laboratory confirmation of C60(+) as the carrier of two diffuse interstellar bands Nature. V.523, № 7560, P. 322-323.
https://doi.org/10.1038/nature14566
Chatterjee A., Wang A., Lera M., et al. (2010). Lunar Soil Simulant Uptake Produces a Concentration-Dependent Increase in Inducible Nitric Oxide Synthase Expression in Murine RAW 264.7 Macrophage Cells J. Toxicol. Environ. Heal. Part A. V.73, № 9, P. 623-626.
https://doi.org/10.1080/15287390903578182
Cordiner M.A., Linnartz H., Cox N.L.J., et al. (2019). Confirming Interstellar C60+ Using the Hubble Space Telescope Astrophys. J. Lett. V.875, № 2, P. L28.
https://doi.org/10.3847/2041-8213/ab14e5
Cotman C.W. (1974). Isolation of synaptosomal and synaptic plasma membrane fractions. Methods Enzymol. V.31, P. 445-452.
https://doi.org/10.1016/0076-6879(74)31050-6
Evans A., Loon J.T. van, Woodward C.E., et al. (2012). Solid-phase C60 in the peculiar binary XX Oph Mon. Not. R. Astron. Soc. Lett. V.421, № 1, P. L92-L96.
https://doi.org/10.1111/j.1745-3933.2012.01213.x
Friedman S.H., DeCamp D.L., Kenyon G.L., et al. (1993). Inhibition of the HIV-1 protease by fullerene derivatives: model building studies and experimental verification J. Am. Chem. Soc. V.115, № 15, P. 6506-6509.
https://doi.org/10.1021/ja00068a005
Huang Y.Y., Sharma S.K., Yin R., et al. (2014). Functionalized Fullerenes in Photodynamic Therapy J. Biomed. Nanotechnol. V.10, № 9, P. 1918.
https://doi.org/10.1166/jbn.2014.1963
Juha L., Krása J., Láska L., et al. (1993). Fast degradation of fullerenes by ultraviolet laser radiation Appl. Phys. B Photophysics Laser Chem. V.57, № 1, P. 83-84.
https://doi.org/10.1007/BF00324103
Krisanova N., Kasatkina L., Sivko R., et al. (2013). Neurotoxic Potential of Lunar and Martian Dust: Influence on Em, Proton Gradient, Active Transport, and Binding of Glutamate in Rat Brain Nerve Terminals Astrobiology. V.13, № 8, P. 679-692.
https://doi.org/10.1089/ast.2012.0950
Krisanova N. V., Trikash I.O., Borisova T.A. (2009). Synaptopathy under conditions of altered gravity: changes in synaptic vesicle fusion and glutamate release Neurochem. Int. V.55, № 8, P. 724-731.
https://doi.org/10.1016/j.neuint.2009.07.003
Larson E., Howlett B., Jagendorf A. (1986). Artificial reductant enhancement of the Lowry method for protein determination. Anal. Biochem. V.155, № 2, P. 243-248.
https://doi.org/10.1016/0003-2697(86)90432-X
Liu J., Ohta S. ichi, Sonoda A., et al. (2007). Preparation of PEG-conjugated fullerene containing Gd3+ ions for photodynamic therapy J. Control. Release. V.117, № 1, P. 104-110.
https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2006.10.008
Maeda-Mamiya R., Noiri E., Isobe H., et al. (2010). In vivo gene delivery by cationic tetraamino fullerene Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. V.107, № 12, P. 5339-5344.
https://doi.org/10.1073/pnas.0909223107
DOI: 10.1073/PNAS.0909223107/ASSET/30D5E1E2-9A10-4F23-9643-2EE45DA03CBA/ASSETS/GRAPHIC/PNAS.0909223107EQ2.GIF.
Markovic Z., Trajkovic V. (2008). Biomedical potential of the reactive oxygen species generation and quenching by fullerenes (C60) Biomaterials. V.29, № 26, P. 3561-3573.
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2008.05.005
Pozdnyakova N., Krisanova N., Dudarenko M., et al. (2020). Inhibition of sigma-1 receptors substantially modulates GABA and glutamate transport in presynaptic nerve terminals Exp. Neurol. V.333,
https://doi.org/10.1016/j.expneurol.2020.113434
Pozdnyakova N., Pastukhov A., Dudarenko M., et al. (2016). Neuroactivity of detonation nanodiamonds: dose-dependent changes in transporter-mediated uptake and ambient level of excitatory/inhibitory neurotransmitters in brain nerve terminals J. Nanobiotechnology. V.14, № 1, P. 25.
https://doi.org/10.1186/s12951-016-0176-y
Quick K.L., Ali S.S., Arch R., et al. (2008). A carboxyfullerene SOD mimetic improves cognition and extends the lifespan of mice Neurobiol. Aging. V.29, № 1, P. 117-128.
https://doi.org/10.1016/j.neurobiolaging.2006.09.014
Rehders M., Grosshäuser B.B., Smarandache A., et al. (2011). Effects of lunar and mars dust simulants on HaCaT keratinocytes and CHO-K1 fibroblasts Adv. Sp. Res. V.47, № 7, P. 1200-1213.
https://doi.org/10.1016/j.asr.2010.11.033
Rouse J.G., Yang J., Ryman-Rasmussen J.P., et al. (2007). Effects of mechanical flexion on the penetration of fullerene amino acid-derivatized peptide nanoparticles through skin Nano Lett. V.7, № 1, P. 155-160.
https://doi.org/10.1021/nl062464m
Santos S.M., Dinis A.M., Peixoto F., et al. (2014). Interaction of fullerene nanoparticles with biomembranes: from the partition in lipid membranes to effects on mitochondrial bioenergetics Toxicol. Sci. V.138, № 1, P. 117-129.
https://doi.org/10.1093/toxsci/kft327
Shershakova N., Baraboshkina E., Andreev S., et al. (2016). Anti-inflammatory effect of fullerene C60 in a mice model of atopic dermatitis J. Nanobiotechnology. V.14, № 1, P. 1-11.
https://doi.org/10.1186/s12951-016-0159-z
DOI: 10.1186/S12951-016-0159-Z/TABLES/2.
Soldatkin O., Nazarova A., Krisanova N., et al. (2015). Monitoring of the velocity of high-affinity glutamate uptake by isolated brain nerve terminals using amperometric glutamate biosensor. Talanta. V.135, P. 67-74.
https://doi.org/10.1016/j.talanta.2014.12.031
DOI: 10.1016/j.talanta.2014.12.031.
https://doi.org/10.1016/j.talanta.2014.12.031
Sun Y.P., Ma B., Bunker C.E., et al. (1995). All-carbon polymers (polyfullerenes) from photochemical reactions of fullerene clusters in room-temperature solvent mixtures J. Am. Chem. Soc. V.117, № 51, P. 12705-12711.
https://doi.org/10.1021/ja00156a007
Taylor R., Parsons J.P., Avent A.G., et al. (1991). Degradation of C60 by light Nat. 1991 3516324. V.351, № 6324, P. 277-277.
https://doi.org/10.1038/351277a0
Tsuchiya T., Oguri I., Yamakoshi Y.N., et al. (1996). Novel harmful effects of [60]fullerene on mouse embryos in vitro and in vivo FEBS Lett. V.393, № 1, P. 139-145.
https://doi.org/10.1016/0014-5793(96)00812-5
Wallace W.T., TAYLOR L.A., LIU Y., et al. (2009). Lunar dust and lunar simulant activation and monitoring Meteorit. Planet. Sci. V.44, № 7, P. 961-970.
https://doi.org/10.1111/j.1945-5100.2009.tb00781.x
Yin J.J., Lao F., Fu P.P., et al. (2009). The scavenging of reactive oxygen species and the potential for cell protection by functionalized fullerene materials Biomaterials. V.30, № 4, P. 611.
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2008.09.061
Zakharian T.Y., Seryshev A., Sitharaman B., et al. (2005). A fullerene-paclitaxel chemotherapeutic: synthesis, characterization, and study of biological activity in tissue culture J. Am. Chem. Soc. V.127, № 36, P. 12508-12509.
