Eksitotoksisuus

Kohteesta Wikipedia
Siirry navigaatioon Siirry hakuun

Eksitotoksisuus on hermomyrkyllisyyden muoto. Sillä tarkoitetaan hermosolujen vaurioitumista tai kuolemaa tietynlaisen tapahtumaketjun seurauksena, joka alkaa siitä kun liian suuret määrät L-glutamaatti välittäjäainetta tai sen kaltaisia aineita sitoutuu hermoston ionikanavatyyppisiin glutamaattireseptoreihin näitä reseptoreita aktivoiden eli toimien agonisteina. Yleensä agonistiset aineet ovat aminohappoja. Ne päästävät reseptorisitoutumisensa kautta liian suuret määrät kalsium-ioneita (Ca2+) hermosoluihin. Ionit käynnistävät hallitsemattomasti hermosolun sisällä olevia hajottavia entsyymeitä[1] kuten fosfolipaaseja, nukleaaseja ja proteaaseja, jotka vastaavasti hajottavat rasvahappoja, nukleiinihappoja ja proteiineja. Hermosolut koostuvat näistä molekyyleistä, joten entsyymit hajottavat hermosolun rakenteita siten vaurioittaen tai tappaen solun. Säätelyn pettäminen voi johtaa myös solua vaurioittavien radikaalien muodostumiseen.[2] Laaja eksitotoksisuus voi tällä tavoin aiheuttaa merkittäviä hermovaurioita. Eksitotoksisten aineiden vapautumisen taustalla ovat omat syynsä.[1]

BMAA, eksitotoksiini.

Eksitotoksiinit ovat mitä tahansa aineita jotka saavat aikaan eksitotoksisuutta sitoutumalla ionikanavatyyppisiin glutamaattireseptoreihin aktivoivasti. Hermoston yhtenä välittäjäaineista toimiva L-glutamaatti voi toimia eksitotoksiina niitä ollessa hermosolujen ympärillä liikaa,[1] mutta myös jotkin kehon ulkoiset aineet, kuten syanobakteerien tuottama myrkky BMAA (β-metyyliamino-L-alaniini), voivat olla eksitotoksisia.[3] Ihmisillä L-glutamaatti on pääasiallinen glutamaattireseptoreita kiihdyttävä aine. Sitä on siis muita vastaavia välittäjäaineita runsaammin hermostossa. Siksi yleensä glutamaatti liittyy keskeisesti eksitotoksisuuteen tästä puhuttaessa, mutta asia kuitenkin riippuu käsitellystä aihealueesta.[1]

Joissain sairauksissa ja terveydellisissä tiloissa esiintyy hermoston vaurioitumista, joihin liittyy tai epäillään liittyvän osa- tai päätekijöinä eksitotoksisia tapahtumaketjuja. Esimerkkejä tiloista joihin voi liittyä eksitotoksisuutta ovat selkäydinvammat, verenkierron häiriöiden aiheuttamat halvaukset, päähän osuneiden iskujen aiheuttamat aivovammat, pitkittyneiden epileptisten kohtausten hermovauriot, hermovauriot vakavassa alhaisessa verensokeritasossa (hypoglykemiassa),[4] äänten aiheuttamat kuulovauriot,[5] MS-tauti,[6] ALS-tauti, Alzheimerin tauti, Parkinsonin tauti ja Huntingtonin tauti.[7]

Ionikanavatyyppisiä glutamaattireseptoreita on kolmea tyyppiä: NMDA-, kainaatti- ja AMPA-reseptorit. Eksitotoksisuus voi välittyä kaikkien näiden reseptorityyppien kautta.[1] Näiden reseptorien agonistit voivat aiheuttaa eksitotoksisuutta, mutta reseptorien toimintaa salpaavat aineet eli antagonistit puolestaan estävät eksitotoksisuutta. Tällainen antagonisti on esimerkiksi memantiini (mm. Alzheimer-lääke), joka on NMDA-reseptori antagonisti.[8] Toisaalta suuret annokset joitakin NMDA-reseptorien antagonisteja voi puolestaan aiheuttaa omanlaisiaan aivovaurioita,[9] joita kutsutaan välillä Olneyn leesioiksi.[10]

Historia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Glutamaatin haitalliset vaikutukset hermostoon havaitsi 1954 ensimmäisenä japanilainen tiedemies T. Hayashi, joka huomasi glutamaatin suoran annostelun aivoihin tai valtimoihin aiheuttavan epileptisiä kohtauksia.[11]

D. R. Lucas ja J. P. Newhouse totesivat 1957 muiden julkaisemien tutkimustulosten pohjalta että 20-30 grammaa natriumglutamaattia suoraan verenkiertoon pistettynä kerta-annoksena ei aiheuta terveyshaittoja. Omassa tutkimuksessaan he kuitenkin ilmoittivat ensimmäisimpien joukossa viitteitä glutamaatin hermomyrkyllisyydestä ja kertoivat havainneensa ihon alle pistetyn lähes kuolettavan annoksen natriumglutamaattia aiheuttavan vastasyntyneillä hiirillä verkkokalvojen sisäkerrosten hermovaurioita.[12]

1969 John Olney esitti hiirikokeidensa pohjalta että hermovauriot rajoitu verkkokalvoon, vaan vaurioita esiintyy myös aivoissa.[13] 1970-luvulta alkaen vaikutusta alettiin kutsumaan eksitotoksisuudeksi johtuen glutamaatin hermostoa kiihdyttävästä (eng. excitatory) ja kyllin suurissa määrin myrkyllisestä eli toksisesta vaikutuksesta johtuen.[14]

1980-luvulla alettiin ymmärtää eksitotoksisuuden biokemiallista mekanismia, ja että se johtuu Ca2+ hallitsemattomasta virtauksesta hermosoluun.[15]

Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. a b c d e X Dong, Y Wang, Z Qin: Molecular mechanisms of excitotoxicity and their relevance to pathogenesis of neurodegenerative diseases. Acta Pharmacologica Sinica, huhtikuu 2009, 30. vsk, nro 4, s. 379–387. PubMed:19343058. doi:10.1038/aps.2009.24. ISSN 1671-4083. Artikkelin verkkoversio.
  2. AA Kritis, EG Stamoula, KA Paniskaki, TD Vavilis: Researching glutamate – induced cytotoxicity in different cell lines: a comparative/collective analysis/study. Frontiers in Cellular Neuroscience, 17.3.2015, nro 9. PubMed:25852482. doi:10.3389/fncel.2015.00091. ISSN 1662-5102. Artikkelin verkkoversio.
  3. AS Chiu et al: Excitotoxic potential of the cyanotoxin β-methyl-amino-L-alanine (BMAA) in primary human neurons. Toxicon: Official Journal of the International Society on Toxinology, marraskuu 2012, 60. vsk, nro 6, s. 1159–1165. PubMed:22885173. doi:10.1016/j.toxicon.2012.07.169. ISSN 1879-3150. Artikkelin verkkoversio.
  4. DG Fujikawa: The Role of Excitotoxic Programmed Necrosis in Acute Brain Injury. Computational and Structural Biotechnology Journal, 28.3.2015, nro 13, s. 212–221. PubMed:25893083. doi:10.1016/j.csbj.2015.03.004. ISSN 2001-0370. Artikkelin verkkoversio.
  5. ACY Wong, AF Ryan: Mechanisms of sensorineural cell damage, death and survival in the cochlea. Frontiers in Aging Neuroscience, 21.4.2015, nro 7. PubMed:25954196. doi:10.3389/fnagi.2015.00058. ISSN 1663-4365. Artikkelin verkkoversio.
  6. C Rajda: Excitotoxins, Mitochondrial and Redox Disturbances in Multiple Sclerosis. International Journal of Molecular Sciences, 8.2.2017, 18. vsk, nro 2. PubMed:28208701. doi:10.3390/ijms18020353. ISSN 1422-0067. Artikkelin verkkoversio.
  7. H Prentice, JP Modi, J Wu: Mechanisms of Neuronal Protection against Excitotoxicity, Endoplasmic Reticulum Stress, and Mitochondrial Dysfunction in Stroke and Neurodegenerative Diseases. Oxidative Medicine and Cellular Longevity, 2015, nro 2015. PubMed:26576229. doi:10.1155/2015/964518. ISSN 1942-0900. Artikkelin verkkoversio.
  8. MK Kutzing, V Luo, BL Firestein: Protection from glutamate-induced excitotoxicity by memantine. Annals of biomedical engineering, toukokuu 2012, 40. vsk, nro 5, s. 1170–1181. PubMed:22203191. doi:10.1007/s10439-011-0494-z. ISSN 0090-6964. Artikkelin verkkoversio.
  9. GE Hardingham: Coupling of the NMDA receptor to neuroprotective and neurodestructive events. Biochemical Society transactions, joulukuu 2009, 37. vsk, nro Pt 6, s. 1147–1160. PubMed:19909238. doi:10.1042/BST0371147. ISSN 0300-5127. Artikkelin verkkoversio.
  10. RC Switzer, C Lowry-Franssen, SA Benkovic: Recommended Neuroanatomical Sampling Practices for Comprehensive Brain Evaluation in Nonclinical Safety Studies. Toxicologic Pathology, tammikuu 2011, 39. vsk, nro 1, s. 73–84. doi:10.1177/0192623310397557. ISSN 0192-6233. Artikkelin verkkoversio.
  11. JC Watkins, DE Jane: The glutamate story. British Journal of Pharmacology, tammikuu 2006, 147. vsk, nro Suppl 1, s. S100–S108. PubMed:16402093. doi:10.1038/sj.bjp.0706444. ISSN 0007-1188. Artikkelin verkkoversio.
  12. DR Lucas, JP Newhouse: The toxic effect of sodium L-glutamate on the inner layers of the retina. A.M.A. Archives of Ophthalmology, elokuu 1957, 58. vsk, nro 2, s. 193–201. PubMed:13443577. doi:10.1001/archopht.1957.00940010205006. ISSN 0096-6339. Artikkelin verkkoversio.
  13. JW Olney: Brain Lesions, Obesity, and Other Disturbances in Mice Treated with Monosodium Glutamate. Science, 9.5.1969, 164. vsk, nro 3880, s. 719–721. PubMed:5778021. doi:10.1126/science.164.3880.719. ISSN 0036-8075. Artikkelin verkkoversio.
  14. JW Olney, CH Misra, T Gubareff: Cysteine-S-sulfate: brain damaging metabolite in sulfite oxidase deficiency. Journal of Neuropathology and Experimental Neurology, maaliskuu 1975, 32. vsk, nro 2, s. 167–177. PubMed:1123650. ISSN 0022-3069.
  15. DW Choi: Glutamate neurotoxicity in cortical cell culture is calcium dependent. Neuroscience Letters, 5.8.1985, 58. vsk, nro 3, s. 293–297. PubMed:2413399. doi:10.1016/0304-3940(85)90069-2. ISSN 0304-3940. Artikkelin verkkoversio.