About 70 percent of the neurotransmitter glutamate (Glu) pool is from glutamine (Gln). Although increased glutamatergic transmission is a persistent element of epileptic seizures, neither the metabolic origin of the Glu surplus nor the mechanisms underlying its enhanced release in initial phase of the disease are known. We hypothesized that, inhibition of the active synthesis of glutamine (Gln), would decrease or even stop the initial ictal activity of the brain. To test this hypothesis, rats were administered with MSO, a specific glutamine synthetase inhibitor, or saline, and convulsive seizures were subsequently induced using pilocarpine (Pilo). The course of the seizures was analyzed for 1 h after the Pilo injection, using the Racine behavioral scale, EEG, EMG and intrahippocampal Glu biosensors; some of the animals also received 13C-labelled astrocytic or neuronal precursors of the TCA cycle, to assess metabolic changes under the action of MSO and/or Pilo. A separate series of experiments was also performed using acutely isolated brain slices isolated from MSO-pretreated animals, to examine changes in the uptake and efflux of a non-metabolizable Glu analogue, [3H]d-Asp. Expression of mRNA coding for the early response protein, c-Fos, was analyzed using qPCR. Pretreatment with MSO alleviated seizures and significantly delayed their onset, but did not attenuate the seizure-associated accumulation of extracellular Glu in the hippocampus. MSO did not markedly affect the de novo synthesis of Gln and Glu. As analyzed in brain slices, MSO significantly attenuated the release of [3H]d-Asp, but not its uptake. Expression level of c-Fos mRNA was negatively correlated with the latency onset to the first generalized seizure.The results demonstrate the effectiveness of MSO in attenuating the initial Pilo-induced seizures, especially in delaying their onset. However, metabolomic data indicate that the seizure-attenuating effects of MSO are not due to inhibition of glutamine synthase activity, but rather to its direct action on the Glu-releasing machinery. In perspective, the results suggest that MSO or its derivative(s) may become a useful tool in prevention or therapy of the very initial seizures.
Synteza glutaminianu (Glu) z glutaminy (Gln) odpowiedzialna jest za ok. 70 procent puli tego neuroprzekaźnika. Choć wzmożona transmisja glutaminergiczna jest stałym elementem napadów padaczkowych, mechanizm mobilizacji przekaźnikowej puli Glu w inicjacyjnej fazie choroby nie został dobrze poznany. Postawiono hipotezę, że zahamowanie aktywnej syntezy Gln, mogłoby osłabić lub zatrzymać aktywność napadową mózgu w tej fazie. Aby zbadać tę hipotezę, szczurom podawano MSO – swoisty inhibitor syntetazy glutaminy, lub sól fizjologiczną, po czym wywoływano napady drgawkowe przy użyciu pilokarpiny (Pilo). Przebieg napadów analizowano przez 1 godzinę od iniekcji Pilo, z wykorzystaniem behawioralnej skali Racine’a, EEG, EMG oraz biosensorów Glu umieszczonych w hipokampie; część zwierząt otrzymała również wyznakowane astrocytarne lub neuronalne prekursory cyklu Krebsa, w celu zbadania wpływu MSO i/lub Pilo na zmiany w przebiegu GGC. Przeprowadzono również oddzielną serię doświadczeń, z wykorzystaniem skrawków mózgowych, pobranych od zwierząt poddanych działaniu MSO, w których badano zmiany w wychwycie i wyrzucie [3H]D-Asp, niemetabolizowanego analogu Glu. Ekspresję mRNA kodującego białko wczesnej odpowiedzi, c-Fos, mierzono metodą qPCR.Wykazano, że zastosowanie MSO łagodzi napady drgawkowe, a także wyraźnie opóźnia ich wystąpienie, nie łagodzi jednak współwystępującego z napadami wzrostu poziomu zewnątrzkomórkowego Glu w hipokampie. Analiza przemiany in vivo znakowanych 13C prekursorów metabolicznych do Gln i Glu przy użyciu techniki GC-MS nie wykazała istotnego wpływu MSO na ten proces. Zaobserwowano, że MSO znacząco osłabia wyrzutu [3H]D-Asp, nie wpływając wyraźnie na jego wychwyt. Badania molekularne wykazały silną ujemną korelację pomiędzy poziomem ekspresji mRNA c-Fos, a czasem dzielącym podanie Pilo od wystąpienia uogólnionego napadu drgawkowego.W sumie, przedstawione wyniki sugerują, że mechanizm opóźnienia i osłabienia napadów drgawkowych w modelu pilokarpinowym przez MSO nie jest związany z obniżeniem syntezy glutaminy, a raczej z bezpośrednim oddziaływaniem na mechanizmy uwalniania Glu z synapsy. Skuteczność przeciwdrgawkowego działania MSO sugeruje, że ten związek (lub jego pochodna) może stać się skutecznym narzędziem w ew. zapobieganiu i terapii najwcześniejszych napadów padaczkowych.
