Nitric Oxide-evoked augmented death of glucose-deprived astrocytes : inhibition by cell cycle phase-specific blockers

Abstract

일반적으로 신경세포가 정상적인 기능을 유지하기 위해서는 교세포(Astrocytes)의 역할이 매우 중요하다고 알려져 있다. 다라서 교세포가 손상을 받게 된다며 외부 손상으로 인한 신경세포의 손상은 더욱 증가되어 나타나게 될 것이다. 본 연구에서 Interferon-γ (IFN-γ)/ Lipoplysaccharide (LPS)/ Interluckin-1β(IL-1β)를 40-48시간동안 처리한 뒤 포도당 결핍을 유발시켰을 때 교세포의 사멸이 훨씬 증가됨을 발견하였다. 이런 증가된 세포사멸은 nitric oxide(NO)와 관련이 있음을 다음 세가지 실험을 통해 증명하였다. 첫째, 세포사멸의 정도는 cytokine에 의해 생성되는 NO의 양과 비례하여 증가되었다. 둘째, induceble nitric oxide synthase (iNOS) 길항제에 의해서 생성되는 NO의 양과 세포사멸이 모두 부분적으로 감소되었다. 셋째, 외부에서 NO를 생성하는 약물인 SIN-1을 사용하였을 때 포도당 결핍에 의해 유사하게 세포사멸이 증가되었다. NO와 포도당 결핍에 의해 증가되는 세포사멸은 세포괴사(necrosis) 보다는 자발적 세포사멸(apoptosis)의 특징을 나타내고 있었다. 전자현미경 및 핵의 염색등을 통해 관찰하였을 때 NO와 포도당 결핍의 동시처리에 의해 교세포에 염색질과 핵의 응축 및 분절이 일어났음을 알 수 있었다. 또한 NO와 포도당 결핍에 의한 세포사멸은 교세포가 가장 왕성하게 분열하는 시기에 가장 많이 증가되었으며, 세포 주기 (cell cycle)에 있어 가장 중요한 조절 부위인 G1/S와 G2/M의 전환을 억제하는 약물인 ciclopirox, mimosine, hydroxyurea, etoposide 에 의해 거의 완벽하게 억제됨을 발견하였다. 따라서 증가된 세포 사멸은 세포주기와 밀접한 관련성이 있을 것으로 생각되어진다. 이러한 연구결과는 cytokine에 의해 활성화된 교세포가 두뇌의 허혈적 손상(cerebral hypoxic-ischemic insult)등에서 나타날 수 있는 포도당 결핍에 의하여 빠르게 세포사멸 과정으로 들어갈 수 있음을 나타낸다. 이러한 교세포의 사멸은 궁극적으로 신경세포에도 치명적인 손상을 일으킬 수 있으므로, 교세포가 활성화된 재발성 뇌졸중(recurrent stroke)에서 매우 심각한 뇌손상을 일으킬 수 있을 것으로 생각된다. ; Glial cells are generally known to play an essential role in the maintenance of normal neuronal funtion (Forsyth 1996). Thus, disfuntion or loss of astrocytes directly lead to neuronal death. The present study investigated the vulnerability of glucose-deprived astrocytes to nitric oxide (NO)-induced cytotoxicity. Pretreatment of interferon-γ (IFN-γ) and lipopolysaccharides (LPS) made murine astrocytes highly vulnerable too glucose deprivation-induced death. Neither 12-h glucose deprivation nor 2-day treatment with IFN-γ (100 U/ml) and LPS (1 μg/ml) altered the viability of astrocytes. However, significant death of IFN-γ/LPS-treated astrocytes was observed after 4-h glucose deprivation. This augmented death was mimicked by the nitric oxide releasing reagent 3- morpholinosydnonimine and was in part prevented by the nitric oxide synthase inhibitor N^G-nitroarginine. However, the augmented deaths of astrocyte cultures were consistent with the [3H]thymidine incorportion pattern. Thus, rapidly dividing astrocytes were much more susceptible to NO cytotoxicity under glucose-deprived conditions. Since the augmented death of glucose-deprived astrocytes in the presence of NO was found to be dependent on their proliferative states, effects of cell cycle blockers were further studied. Ciclopirox, mimosine, hydroxyurea and etoposide prevented augmented death of glucose-deprived astrocytes in the presence of SIN-1. In contrast, deferoxamine, aphidicholin, 5 -fluoro-5 deoxyuridine, nocodazole did not block the augmented death in glucose-deprived astrocytes to NO cytotoxicity. These data indicate that immunostimulated astrocytes can undergo suicidal death during glucose deprivation through the expression of inducible nitric oxide synthase, and vulnerability of glucose-deprived astrocytes to NO cytotoxicity depends on the proliferative state.