Studies on the effects of ciclopirox and roscovitine in low potassium-induced apoptosis of cerebellar granule neurons

Abstract

Neuronal apoptosis is implicated in many pathological diseases in the brain. Among known apoptosis mechanisms, mitochondrial dysfunction and aberrant cell cycle progression are important in neuronal death. To understand the roles of these pathways in cerebellar granule neurons, neuronal cell death was induced by low potassium treatment, and the roles of mitochondrial dysfunction and cell cycle progression in neuronal apoptosis were investigated. In the process of low potassium-induced apoptosis, no evidence for mitochondria dysfunction-related phenomena such as mitochondria transmembrane potential depolariazation, MPTP opening or ATP depletion were found. In mitochondria-related experiments using two G1/S blockers, ciclopirox induced mitochondria membrane hyperpolarization and maintained intracellular ATP level high, while roscovitine produced no significant effect. Nevertheless, both of them blocked cell death. When neuronal apoptosis was induced by staurosporine, which induces apoptosis via a mechanism unrelated to the cell cycle progression, both ciclopirox and roscovitine did not block cell death. These results suggest that cell cycle progression is more important process than mitochondria dysfunction in low potassium-induced apoptosis, and that major protective mechanism of ciclopirox in this model is likely induced by its cell cycle blockade effect.;신경세포 사멸은 많은 종류의 뇌 질환과 밀접히 관련되어 있다. 기존의 알려진 신경세포 사멸 기전들 중에서 특히 미토콘드리아 기능 저하와 비정상적인 세포주기 진행이 세포 사멸을 일으키는 주된 기전으로 알려져 있다. 소뇌과립세포는 칼륨이온의 저하에 의해 세포사멸이 유도되는 것으로 잘 알려져 있다. 본 연구에서는 이 모델을 사용하여 신경세포 사멸을 유도함으로써, 미토콘드리아 기능 저하와 세포 주기 진행의 세포사멸과의 관련성에 대해 알아보았다. 소뇌과립세포의 칼륨저하에 의한 세포사멸 과정에서 미토콘드리아 막 전압 탈분극이나 ATP고갈 현상 등 미토콘드리아 기능 저하와 관련된 현상들이 나타나지 않았다. G1/S 차단제로 알려진 ciclopirox와 roscovitine 두 가지 약물을 사용하여 미토콘드리아 관련 실험을 했을 때, ciclopirox가 미토콘드리아 막 전압 과분극을 나타내고, 세포 내 ATP양을 높게 유지한 반면, roscovitine은 그렇지 않았음에도 불구하고 두 약물 모두 칼륨저하에 의한 세포사멸을 억제하였다. 또한 세포사멸 과정에서 세포주기가 돌아가지 않는 것으로 알려진 staurosporine을 사용하여 세포사멸을 유도했을 때, ciclopirox와 roscovitine모두 세포 사멸을 억제하지 못했다. 이러한 결과들로 보아, 소뇌과립세포의 칼륨저하에 의한 세포사멸 과정에서 미토콘드리아 기능 저하보다는 비정상적인 세포주기 진행이 보다 필수적인 기전으로 작용함을 알 수 있으며, ciclopirox의 세포사멸 억제 기전은 세포주기 억제에 의한 것으로 생각된다.