Ischemic Tolerance and Cell Signaling in the Rat Brain

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Cellulära mekanismer vid ischemisk tolerans Stroke, hjärntrauma, hjärnblödning och övergående hjärtstillestånd, leder till minskat blodflöde till hjärnan (ischemi) och orsakar hjärnskador. Mot denna skadeutveckling finns ännu inte något medel för kliniskt bruk. I djurexperimentella ischemimodeller har man kunnat skydda hjärnan mot ischemiska skador genom att utsätta hjärnan för en kort period av ischemi (3 minuter, som i sig inte är skadligt för hjärnan) 2-7 dagar före en skadlig ischemisk insult. Detta fenomen kallas ischemisk tolerans och fenomenet har tidigare påvisats i hjärta. Man har också visat att en kort, icke skadlig, cerebral ischemi leder till en bildning av viktiga skyddande proteiner såsom tillväxtfaktorn BDNF, fria radikal hämmaren SOD och Bcl-2. Man har också visat att proteinsyntesen som annars är allmänt hämmad efter en skadligt ischemi, återhämtar sig fortare i den toleranta hjärnan. Cerebral ischemi leder till en markant förändring i cellulär signalering, med bl.a. en överföring, translokering, av proteinkinaserna PKC och CaMKII från cytosol till plasmamembran under ischemi perioden, och till en hyperfosforylering av membranproteiner, bl.a. en ökad tyrosinfosforylering av NR2 subenheten, vilken modulerar NMDA-receptorns kalciumjonpermeabilitet. Translokeringen av PKC och CaMKII samt hyperfosforylering av NR2 är mindre uttalad och reversibel i de resistenta cellerna (hippocampus CA3-region och gyrus dentatus), medan den kvarstår och ökar i den ytterst skadekänsliga CA1-regionen av hippocampus. Avhandlingens målsättning har varit att utveckla en råttmodell för ischemisk tolerans och därefter studera cellulära och molekylära mekanismer som skapar protektion mot ischemiska hjärnskador. Studierna har fokuserats kring betydelsen av en förändrad cellulär signaltransduktion for utveckling av neuroprotektion. Resultaten visar tydligt att en kort icke skadligt ischemi leder till tolerans i hjärnan mot längre perioder av ischemi som inträffar två till sju dagar senare. Tyrosinfosforyleringen av glutamatreceptorn (NMDA-receptorn) och andra membranproteiner som kontinuerligt ökar i efterloppet efter en skadlig cerebral ischemi, normaliseras inom ett dygn i den toleranta hjärnan (delarbete I). Vi har också visat att ERK and MEK, signal-proteinerna som bl.a. reglerar aktivering av gener, phosphoryleras/aktiveras efter en kort ischemi, och kan delta i toleransutvecklingen i hjärnan (delarbete II). I delarbete III har vi tydligt visat att PKCg translokering till synpatosom-membranen, som länge har misstänkts vara inblandad i utvecklingen av skador efter ischemi, minskar hos de toleranta nervcellerna, förmodligen genom att PKC degraderas. I delarbete IV visas att dessa neuron med mindre mängd PKCg, har en ökad aktivitet av proteaset kalpain jämfört med de icke toleranta nervcellerna. I delarbete V visas att CaMKII-a translokeras till synaptosom-membranenet där den fosforyleras under och efter en skadligt ischemi. Dessa förändringar normaliseras och nedregleras dock inom ett dygn i den toleranta hjärnan. Resultaten tyder på att skyddsmekanismen i den toleranta hjärnan, kan orsakas av ett samspel mellan uppreglering av skyddande processer, en hämning av skadliga mekanismer, och strukturella förändringar av synapser och dendriter. Dessa skyddsmekanismer kan tillsammans bidra till en kraftfull skyddande effekt mot ischemi. Mekanismen för detta skydd är komplex men dess kartläggning kan på sikt leda till en bättre förståelse av nervcellernas inbyggda skyddsmekanismer och en utveckling av nya behandlingsmetoder mot bland annat stroke.