BORNA DISEASE VIRUS A JEHO VLIV NA VZNIK A PRŮBĚH PSYCHICKÝCH PORUCH

8. BORNA DISEASE VIRUS A JEHO VLIV NA VZNIK A PRŮBĚH PSYCHICKÝCH PORUCH BORNA DISEASE VIRUS AND ITS INFLUENCE ON ORIGIN AND COURSE OF PSYCHIATRIC DISORDERS Racková Sylva, Beran Jiří Psychiatrická klinika FN Plzeň Jeden z dalších etiologických faktorů psychických poruch jsou v posledních letech považována infekční onemocnění. Musíme zmínit infekci Borna disease virem, EBV, CMV, herpetickými viry, HIV atd. Borna disease virus je RNA virus z čeledi Bornaviridae, řádu Mononegavirales, který je znám jako původce onemocnění teplokrevných živočichů. Onemocnění tímto virem může mít u zvířat průběh asymptomatický, s neurologickými příznaky, s poruchami nálady a chování a v malém procentu případů letální. U lidí se nejčastěji předpokládá průběh asymptomatický, méně často s poruchami nálady a chování. Borna virus je neurotropní virus s vysokou afinitou k limbickému systému, změny nálady a chování jsou vysvětlovány vazbou virových proteinů a jejich působením na receptorové úrovni v CNS s následnými změnami v oblasti neuromediátorů. Je popisována vyšší pozitivita tohoto viru u pacientů s některými psychickými poruchami ve srovnání se zdravými kontrolami a vliv této infekce na průběh onemocnění. Význam průkazu a léčby infekce virostatikem-amantadinem se týká zejména pacientů s farmakorezistentními a periodickými psychickými poruchami. V současné době probíhají na PK FN v Plzni náběry na vyšetření pozitivity bornavirových antigenů a protilátek u pacientů zde hospitalizovaných. V současné době máme k dispozici výsledky pouze části nabraných pacientů, tj. 32 pacientů. Pozitivita antigenů a protilátek byla prokázána u 9 (28 %). Tento výsledek odpovídá výsledkům uváděným v zahraniční literatuře. Zatím se jedná o předběžné výsledky u malého souboru, další náběry pokračují. Klíčová slova: borna disease virus, psychické poruchy, amantadin, diagnostika One of the ethiological factors of psychiatric disorders are infection diseases. We must mention infections od Borna disease virus, EBV, CMV, herpetic viruses, HIV etc. Borna disease virus is a RNA virus represents the family Bornaviridae in the order Mononegavirales which is known as an animal pathogen. Borna disease virus can couse several forms of infection. Majority of cases are persistently infected without clinical symptoms, part of them have neurological disorders. Further form of this disease is characterised with behavioral and mood changes. Only seldom this infection can be letal. Borna disease virus is a neurotropic virus with a high affinity to the limbic systém. Mood and behavioral disorders are caused by an interference of viral proteins with neurotransmitter systems and by changes of levels of neuromediators in the central nervous system. The higher positivity of BDV infection of patients with psychiatric disorder is found in comparison with healthy individuals; this infection can affect a course of psychiatric disorders. The importance of detection and treatment of BDV infection with amantadine especially concerns patients with pharmacoresistant and reccurent psychiatric disorders. We have examined psychiatric patients hospitalised at the Department of Psychiatry of the Faculty in Pilsen since 2001. We have still obtained results only of 32 patients. Positivity of viral antigens and antiviral antibodies was detected in 9 of them (i.e. 28%). These results are comparable with those published in the foreign literature. For the present we mention results of a small group of patients; collection of further samples will continue.

Key words: borna disease virus, psychiatric disorders, amantadine, diagnostics.

Sdělení v plném znění na straně 149.

INJURY INDUCED CHANGES OF THE RAT SUBVENTRICULAR ZONE – OLFACTORY BULB PATHWAY ZMENY VYVOLANÉ POŠKODENÍM DRÁHY SUBVENTRIKULÁRNA ZÓNA-BULBUS OLFACTORIUS Račeková E., Martončíková M., Poušová B., Orendáčová J Neurobiologický ústav SAV, Slovenská akadémia vied, Košice Abstract We studied the effect of subventricular zone - olfactory bulb pathway injury performed during very early postnatal period, when the forebrain developmental processes are not finished. Immunohistochemical and histochemical examination was used to examine the patterns of precursor proliferation and migration and the fate of the newly generated neural cells in the disconnected pathway. Key words: neurogenesis, injury, rostral migratory stream Introduction Cellular elements of the CNS emerge from germinal zones in a spatiotemporal sequence. Neurogenesis largely occurs during embryonic development from proliferating cells in the ventricular zone lining the lateral ventricles. The subventricular zone (SVZ) appears as one of the last layers during CNS development and the cells produced within this layer reside superficial to the pluripotent cells of the embryonic ventricular zone (Luskin et al. 1993). By birth the ventricular zone is depleted, while SVZ at the dorsolateral angle of the lateral ventricle becomes very prominent structure after birth (Smart 1961). Interestingly, the SVZ persists into adulthood and it retains the capacity to generate both neurons and glia (Lois and AlvarezBuylla 1994). Neuronal precursors born in the SVZ of the neonatal and adult rodent brain migrate along the rostral migratory stream (RMS) within tube-like structures formed of glial cells, to the olfactory bulb (OB) where they differentiate into local interneurons. Identification of signaling molecules controlling neurogenesis in adult brain is presently under investigation. Nitric oxide synthase, which generates the physiological messenger molecule nitric oxide (NO) and its associated NADPH diaphorase (NADPH-d) activity are distributed throughout selective neuronal populations of the central and peripheral nervous system. A criterion needed for proposing a role for NO in adult neurogenesis is the identification of possible sources of NO in the vicinity of the precursor cells. The existence of RMS in the adult brain permits comparison of the cellular and molecular mechanisms involved in immature and adult neurogenesis. Although, the SVZ-OB pathway in developing and adult animals to some extent share properties that prevent cell dispersion and direct the migrating cells toward their final destinations in precise spatio-temporal order (Jankovski and Sotelo 1996), recent studies indicate that the cellular and molecular mechanisms promoting neurogenesis in neonatal and adult animals may be fundamentally different (Law et al. 1999). The effects of injury on this neurogenic region of the imature brain are poorly understood. To determine whether the injury of SVZ-OB pathway during early postnatal stage modulates adult SVZ neurogenesis, we performed unilateral removal of the target for migratory SVZ progenitors and examined the patterns of precursor proliferation and migration and the fate of the newly generated neural cells in the disconnected SVZ-OB pathway. Material and Methods Experimental animals Neonatal (P3) Wistar albino rats were anaesthetized by hypothermia. A small hole was cut in the frontal bone over the right olfactory bulb, and the exposed OB was gently removed by suction. The animals survived 5–8 months. To label proliferating cells, the rats (n = 6) received two intraperitoneal injections of the cell proliferation marker bromodeoxyuridine – BrdU (50mg/kg dissolved in 0.007N NaOH in 0.9% NaCl, Sigma) within 8-hrs

period. Four hours after the second BrdU injection the animals were anaesthetized with an overdose of sodium pentobarbital (80-100mg/kg, i.p.) and intracardially perfused with 400 ml 4% paraformaldehyde. Sagittal cryostat sections of 24 mm were processed for immunohistochemistry using anti-BrdU antibody (dilution 1:500; Accurate, NY) or NADPH-d histochemistry (Sigma Chem. Co., N-1630). Alternate sections were stained with Gill’s hematoxylin, resp. counterstained with Neutral red. Camera lucida drawing was used to analyse the spatial distribution of the rostral migratory stream. Non-lesioned animals Neonatal P3 (n = 3) as well as adult rats over 5 months (n = 3) were used as controls. The sections were processed as described above. The neonatal brains served as control of intact immature brain in relation to the time of neonatal bulbectomy. Adult brains served as anatomical control for mapping the changes in the bulbectomized rats after long survival times. Results and Discussion Non-lesioned animals The RMS of three days old rat appeared as a thick L-shaped column composed of tightly packed cells, which spanned the anterior horn of the lateral ventricle and the olfactory bulb. In fortuitous sections, a narrow lumen was seen in the rostral part of the RMS, suggesting that the continuity between lateral and olfactory ventricles is still maintained. In adult animals this L-shaped column was reduced in thickness and greatly extended in length. There was neither lumen nor ventricular cavity visible within the RMS in adult animals. Light microscopic examination demonstrated time dependent activity of NADPH-d at different period of life. At P3 there were no NADPH-d positive cells either in the SVZ or RMS. This result coincides with previous findings (Menezes et al. 1998) that neurogenesis in early postnatal period is controlled by different mechanisms from the adult. In adult 5-month-old rats NADPH-d positive cells were seen inside the neuropil positive RMS intermingled with the proliferating precursor cells. These cells were darkly labeled, characteristic by their prominent oval or elongated body and well-developed abundant varicose processes extending parallel to the precursor chains. The presence of NO in the proliferation and migration zones, suggests its role in the control of adult neurogenesis. Experimental animals Immunohistochemistry for BrdU confirmed that proliferation and migration of neural precursors along the RMS continue on both bulbectomized and intact hemisphere. Although the RMS anatomical pattern of bulbectomized rats was similar to the control adult ones, a solid cavity appeared either at the end of RMS horizontal arm or at the end of its vertical arm. In addition, in some cases there was a cavity in the rostral tip of the contralateral intact RMS. Although in species such as the rat and mouse the olfactory ventricle disappears at early postnatal ages (Peretto et al. 1999), the localization of these cavities and the presence of lightly-stained immature cells in their wall allow us to consider them as olfactory ventricles persisting till adulthood. Immunohistochemical evidence of dividing cells in the olfactory ventricle wall indicates that this area is also competent for cell proliferation as SVZ lining the lateral ventricle. Five months after the injury of SVZ-OB pathway, large NADPH-d positive cells were observed in the SVZ and RMS in both hemispheres. The pattern and intensity of labeling was similar as seen in control adult animals of the same age. We conclude that neonatal olfactory bulbectomy induces ipsi and contralateral morphological modification of the adult rat prosencephalic region – open olfactory ventricle. The present findings indicate that neonatal injury of the SVZ-OB pathway maintains the RMS developmental pattern till adulthood, but does not influences differentiation of neural progenitors.

Acknowledgements. This work was financially supported by the VEGA Grants No. 2/3218/23 and 2/2082/22. RNDr. Enikő Račeková, PhD. Neurobiologický ústav SAV Šoltésovej 4 040 01 Košice tel: (55) 678 4442

fax: (55) 678 e-mail: [email protected] References Jankovski A, Sotelo C. J Comp Neurol 1996; 371: 376–396. Law AKT, Pencea V, Buck CR, Luskin MB. Dev Biol 1999; 216: 622–634. Lois C, Alvarez-Buylla A: Science 1994; 264: 1145–1148. Luskin MB. Neuron 1993; 11: 173–189. Menezes JRL, Dias F, Garson AVB. Anat Embryol 1998; 198: 205–211. Peretto P, Merighi A, Fasolo A, Bonfanti L. Brain Res Bull 1999; 49: 221–243. Smart I. J Comp Neurol 1961; 116: 325–338.

STRUČNÝ PŘEHLED KVANTOVÉ TEORIE VĚDOMÍ A SHORT REVIEW OF QUANTUM THEORY OF CONSCIOUSNESS Reiniš Stanislav, Rokyta Richard Ústav normální, patologické a klinické fyziologie, 3. lékařská fakulta Univerzity Karlovy, Praha The solution of the human consciousness problem presented here is based on quantum mechanics. Even one of the most elementary experiments of quantum mechanics, the double-slit experiment, indicates that the observer’s mind participates in the formation of reality around us. The Gedankenexperiment of Einstein, Podolsky and Rosen led David Bohm to his theory of nonlocality in space and time. Nonlocality is a general principle of physics. The Bohm’s nonlocality can be used in the explanation of brain functions in relation to consciousness. As everything in the universe, the brain is a quantum phenomenon dependent on nonlocal interactions. The function of the central nervous system depends on the electrophysiological activity of individual neurons. This activity produces quantum nonlocality that participates in some, and maybe in all brain functions. It is necessary for fast and efficient brain responses. One component of the nonlocality field may be subjective consciousness. Subjective consciousness depends probably on simple particle interactions, proto-consciousness, described already by quantum mechanics. This theory may explain also some brain events, such as color phi, not expalined by any previous theory of brain function. Key words: consciousness, electrophysiology, quantum mechanics, nonlocality. Klíčová slova: vědomí, elektrofyziologie, kvantová mechanika, nonlokalita. Otázka vzniku lidského vědomí zajímá lidstvo od nejstarších dob. Hlavním problémem vysvětlení mechanismů, které vedou k subjektivnímu vnímání některých dějů v ústředním nervovém systému, je fakt, že vědomí nelze přímo zredukovat na neuronální interakce. Na jedné straně v mozku existují objektivně pozorovatelné děje, a na druhé straně existuje subjektivní, naše vlastní, objektivně nepozorovatelné vnímání těchto dějů. Pro každého z nás je vědomí naší primární realitou, skrz ně vnímáme sebe a okolí, plánujeme a uskutečňujeme motorické akce, hodnotíme, přemýšlíme, uvažujeme. Vědomí je v současné době buď považováno za emergentní vlastnost nervové činnosti, nebo se předpokládá, že existuje dualismus hmoty a ducha, jak jej navrhl již Descartes, a že tedy existuje nehmotná substance, ovládající funkci mozku. Vědomé aktivity jsou doprovázeny objektivně pozorovatelnými známkami dějů v mozku. K nim patří například změny elektroencefalogramu, změny korových evokovaných potenciálů, zvýšená aktivita neuronových systémů, vzestup spotřeby kyslíku v některých oblastech CNS a změny prokrvení korových oblastí. Vědomí člověka může být ovlivněno farmakologicky, fyzikálně, poškozením mozku, hormonálními vlivy i spánkem. Na druhé straně v mozku probíhají vědomé děje, které zpětně ovlivňují nervovou činnost. Sem patří aktivní myšlení a svobodná vůle, ale i nácvik vědomého ovlivnění alfa rytmu v okcipitální kůře. Mnoho současných filosofů, fyziologů a psychologů se domnívá, že za současného stavu výzkumu bude tento problém vyřešen nejdříve za padesát let (Crick a Koch, 1998). Některá zvláštní pozorování nás však mohou přivést blíže k řešení problému vědomí. Jedním z nich je zkušenost blízké smrti, kdy současně s halucinatorním stavem se objevuje také mimotělní zkušenost se zajímavými pozorováními, která pacient později sděluje (Van Lommel, 2001). Není možné také a priori odmítat další výsledky, které nezapadají do našeho způsobu myšlení, jako je podpůrná léčba modlitbou nebo soustředěním další osoby, jak to popsal kupř. Harris et al. (1999). Řešení problému lidského vědomí, které tu předkládáme, se opírá o kvantovou mechaniku. Tento obor

poskytl již mnoho praktických výsledků, i když některá jeho základní pozorování a teoretické úvahy jsou těžko pochopitelné. Podle Richarda Feynmana (1965) nikdo nerozumí kvantové mechanice, ani kvantoví mechanici jí nerozumí, ale její praktické použití je významné Již základní pokus kvantové mechaniky, průnik elektronů dvěma štěrbinami (pro popis viz Feynman, 1965), ukazuje na roli vědomí pozorovatele při formování reality. Tím se liší kvantová mechanika od klasické fyziky, která roli pozorovatele nepotřebuje. Pozorovatel způsobí kolaps vlny, přetvoří vlnové jevy na částice. Mysl pozorovatele hraje centrální roli v utváření světa okolo nás. Poněkud složitější jsou pozorování Roberta Jahna ze skupiny PEAR (Princeton Engineering Abnormality Research, 1987). V pokusech jeho laboratoře ovlivňují pokusné osoby generátor náhodných jevů tak, že svým soustředěním zvyšují počet kladných nebo záporných pulsů, produkovaný přístrojem. Výsledky jsou vysoce statisticky významné a reprodukovatelné, a záleží na schopnosti koncentrace pokusné osoby. Ve vývoji kvantové mechaniky je důležitý myšlenkový pokus Einsteina, Podolského a Rosena (1935). Einsteinovi se nelíbila interpretace kvantové mechaniky, podle které subatomické částice spolu komunikují, I když jsou od sebe vzdálené. Na základě výpočtů Johna Bella bylo experimentálně prokázáno (Aspect et al., 1981), že kvantová mechanika je správná a že částice spolu komunikují, i když se od sebe vzdalují rychlostí vyšší než je rychlost světla. Tento paradox vysvětlil David Bohm teorií nelokálnosti v čase a prostoru. To je dnes základní koncept fyziky. Podle něj neexistuje na kvantové úrovni ani prostor ani čas. Podle Davida Bohma je celý vesmír takto propojen. To, co my vnímáme svými smysly, neukazuje celou skutečnost. Subatomické události, které se pozorovateli zdají zcela odděleny v prostoru, jsou vlastně spolu spojeny, i když jsou od sebe vzdáleny miliony let. V roce 1993 v základní teoretické práci prokázal Charles H. Bennett a jeho skupina, že paradox Einsteina, Podolského a Rosena (paradox EPR) může být prakticky použit v přenosu subatomických částic, obrazů a předmětů na dálku. Tato delikátní procedura byla pak několikrát experimentálně prokázána, a to nejen u fotonů a atomů, ale i u komplexnějších systémů. V roce 1998 se podařil přenos obrázku, tedy komplexního systému (Furusawa et al., 1998). Z toho vyplývá, že tento „EPR beam“, Einsteinův paprsek, může přenášet i velmi strukturované kvantové pole neznámého složení. Dá se tento jev uplatnit ve vysvětlení funkce mozku ve vztahu k vědomí? Vesmír je kvantový jev. I lidský mozek tedy musí být kvantový jev. Už Stapp (1982) napsal, že klasická mechanika nemůže vysvětlit problém vědomí, ale kvantová mechanika může. Celý mozek a každý jeho jednotlivý neuron je systémem, vytvářejícím pohyby elektrických nábojů, iontů, protonů a elektronů. Tyto procesy se, jako vše ve vesmíru, řídí uvedeným paradoxem EPR, Einsteinovým paprskem. Neurony mezi sebou komunikují prostřednictvím chemických synapsí, mediátory a neuromodulátory, elektrickými synapsemi, ionty vylučovanými do mezibuněčného prostoru, malými elektromagnetickými poli a, jak se snažíme nyní ukázat, také paradoxem EPR. Synaptický přenos vzruchu je relativně pomalý, trvá 0,5 ms, 1 ms a někdy dokonce stovky milisekund. Proto přenos přes tisíc synapsí trvá aspoň půl sekundy, nebo víc, a to je pro vědomé aktivity doba velmi dlouhá. Také rychlost přenosu nervového impulsu nervovými vlákny je poměrně pomalá, 0,5–120 m za vteřinu. Přitom každý neuron je spojen se stovkami a tisíci jinými neurony. V mozku jsou tak někdy i velmi jednoduché funkce závislé na velkém množství neuronů, spojených statisíci synapsí. Tyto procesy v souhrnu jsou pomalé na to, aby organizovaly funkci velkých oblastí centrálního nervstva. Je proto plausibilní přijmout nonlokalitní hypotézu nervové činnosti, kdy na základě propojení (entanglement) kvantových dějů na povrchu jednotlivých neuronů dochází k urychlení jejich interakce a k vytvoření jednotného procesu, vědomí. Již v roce 1970 poukázal Libermann na to, že porozumění a tvorba lidské řeči nejsou vlastně možné, protože neuronální mechanismy jsou pro tento účel příliš pomalé. Sluchová dráha z vnitřního ucha vede přes ganglion spirale do akustického jádra v prodloužené míše, do colliculus inferior, corpus geniculatum mediale, do akustické kůry primární a pak sekundární, a do Wernickeho oblast pro porozumění řeči, kde se analyzuje každá hláska, v pamětních registrech se vyhledává slovo, vybírá se jeho význam, to vše je spojeno s limbickým systémem, který přidávají emoce, pak je nutný přechod do Brockova centra a motorického centra, ke svalům jazyka a hrtanu. To je velice komplexní proces s nespočetnými zpětnými vazbami, který nepochybně vyžaduje rychlou komunikaci, a tu poskytne pouze Einsteinův paprsek. Ještě složitější je analýza visuálního vstupu do mozku, jímž se zabývá podstatná část mozkové kůry. Zraková dráha začíná v oku. Zde již probíhá komplexní analýza zrakového obrazu. Nervové vzruchy pak jdou do colliculus superior, corpus geniculatum mediale, do primární mozkové kůry V1 a do dalších korových oblastí. Odděleně se hodnotí tvar, barva, posice objektu, rychlost jeho pohybu, jeho význam, jeho spojení s emocemi a pamětními stopami z minulosti. Kromě toho se musí koordinovat rozbor jednotlivých

charakteristik podnětu do jednoho vědomého vjemu. Také se plánuje a realizuje odpověď na tento zrakový podnět. To vše by bez Einsteinova paprsku trvalo dlouhou dobu, vteřiny. Mozek to zvládne za zlomek vteřiny. Vědomí má na normálních podmínek člověk jen jedno, přes veliké množství neuronálních systémů, které se na jeho vytváření účastní prakticky zároveň. Entanglement může tyto systémy propojit bez časového zpoždění. Vnímáme hodně věcí najednou, zrakové, sluchové, čichové vjemy, všechny mají jiný čas analýzy a přece je vnímáme jako současné děje. Za důkaz časové nonlokality je také možné považovat pokusy Benjamina Libeta (1978). Libet pozoroval zpoždění korového pohotovostního potenciálu, a tedy rozhodnutí vykonat určitý pohyb, za skutečně vykonaným pohybem. V pokuse požádal pokusné osoby, aby pohnuly rukou, když uvidí ručičku časomíry na nule. Přitom měřil korový pohotovostní potenciál, který se měl objevit v okamžiku rozhodnutí a před vykonáním pohybu. Zatímco korový potenciál se objevil o 550 ms později, pohyb byl pozorován již za 200 ms a dříve. Komentáře k této práci se shodují v tom, že vědomí nějakým způsobem manipuluje s časovou bází (e.g., Dennett a Kinsbourne, 1992). Vysvětlením tohoto posunu může být časová nonlokalita. Časovou nonlokalitu můžeme použít také k vysvětlení jevu, který se nazývá color phi. Fenomen phi znamená, že když jsou postupně osvíceny dva body v zorném poli, vyvolává to zdání pohybu (Kolers a von Grünau, 1976). To je podstatou našeho vnímání filmu nebo televize. Když tyto dva body mají odlišnou barvu, pak se barva změní na polovici cesty mezi nimi, tedy před tím, než je druhý bod osvícen. Deje se to i při prvním pozorování, čili, není to výsledek učení. Změna barvy je jakoby předvídána, promítá se zpět v čase, a vysvětlení je opět časová nonlokalita. Nonlokalitní vztahy v CNS tedy mohou vysvětlit jevy, které klasickou neurofyziologií nebyly vysvětlitelné. Mohou také ovlivnit děje mimo organismus, jak ukazuje pokus dvou štěrbin, pokusy Roberta Jahna a léčení modlitbou. Domníváme se, že nonlokalitní vztahy souvisí také se subjektivitou vědomí. Nemůžeme předpokládat, že by lidské vědomí vzniklo bez prekursorů, z ničeho. Něco základního musí v přírodě být. Kdybychom zjistili, že veškerá hmota obsahuje nejjednodušší formu vědomí, nemuseli bychom vysvětlovat, jak vědomí vzniká z mozkové činnosti. Paprsek EPR organizuje činnost CNS, ale zároveň vytváří náš subjektivní model světa, tedy naše vědomí, a to tím, že vytváří jednotné pole komplexních procesů, odvozených z aktivity neuronálních systémů. Vědomí tedy můžeme definovat jako komplexní nonlokalitní pole kvantových interakcí, odvozené z neuronálních aktivit. Vědomí je umístěno v mozku, jeho obsah závisí na interakci velkého množství neuronů, které se koordinují prostřednictvím paprsku EPR. Vědomí není redukovatelné na aktivitu neuronů, mediátorů, atd., je však funkcí vzájemných interakcí neuronů prostřednictvím EPR. Obsah vědomí je dán vstupy do smyslových orgánů, pamětními stopami lokalizovanými v CNS, a vrozenými mechanismy. Neuronální aktivita mozku dává vědomí obsah.

Literatura Aspect A, Grangier P, Roger G. Experimental tests of realistic local theories via Bell’s theorem. Physical Review Letters, 1981; 47: 460–463. Bell JS. On the Einstein-Podolsky-Rosen paradox, Physics 1964; 1: 195–200. Bennett CH, Brassard H, Crepeau C, Jozsa R, Peres A, Wooters W. Teleporting an unknown quantum state via dual classical and EPR channels. Phys Rev Lett 1993; 70: 1895–1899. Bohm D, Hiley HJ, Kaloyerou PN. An ontological basis for the quantum theory. Physics Reports, 1987; 144: 322–375. Crick F, Koch C. Consciousness and neuroscience. Cerebral Cortex, 1998; 8: 97–147. Einstein A, Podolsky B, Rosen N. Can quantum - mechanical description of physical reality be considered complete? Phys Rev 1935; 47: 777–782. Feynman RP, Leighton RB, Sands M. Feynmanovy přednášky z fyziky s řešenými příklady, Praha, Fragment, 2002, z anglického originálu, 1965. Furusawa A, Sorensen JL, Braunstein SJ, Fuchs CA, Kimble HJ, Polzik ES. Unconditional quantum teleportation. Science 1998; 282: 702–709. Harris WS, Gowda M, Kolb JW, Strychacz CP, Vacek JL, Jones PG, Forker A, O’Keefe JH, McCallister BD. A randomized, controlled trial of the effects of remote intercessory prayer on outcomes in patients admitted to the coronary care unit. Arch. Intern. Med. 1999; 159: 2273–2278.

Jahn RG. Margins of Reality. New York, Harcourt Brace and Jovanovich, 1987. Dennett DC, Kinsbourne M. Time and the Observer. Behavioral and Brain Sciences 1992; 15: 183–247. Kolers PA, von Grünau M. Shape and Color in Apparent Motion, Vision Research 1976; 16: 329–335. Libermann AM. The Grammar of Speech and Language, Cognitive Psychology, 1970; 1: 301–323. Libet B. Neuronal vs. subjective timing, for a conscious sensory experience. In: PA Buser & A Rougeul-Buser (Eds.), Cerebral correlates of conscious experience, pp. 69–82. Amsterdam, New York: North Holland, 1978; 69–82. Stapp HP. Mind, matter and quantum mechanics. Found. Phys. 1982; 12: 363–399. van Lommel P, van Wees R, Meyers V, Elfferich I. Near-death experience in survivors of cardiac arrest: a prospective study in the Netherlands. Lancet, 2001; 358: 2039–2045.

RECEPTOROVÉ MECHANIZMY PAMĚTI A JEJICH PORUCHY RECEPTOR MECHANISMS OF MEMORY AND THEIR DISORDERS Rokyta Richard Univerzita Karlova, 3. lékařská fakulta, Ústav normální, patologické a klinické fyziologie, Praha Kognitivní poruchy jsou závažným problémem současné medicíny a zejména psychiatrie. Jejich léčení je velice obtížné a mnohdy neúspěšné. Studium paměti je důležité proto, že pomáhá porozumět procesům, které jsou při paměťových procesech rozhodující. Cílem všech studií je poznat základní mechanismy učení a paměti a na jejich základě stanovit kauzální léčbu těchto poruch. V současnosti je paměť velmi dobře popsána. Rozlišujeme ji na deklarativní a nedeklarativní neboli procedurální. K paměti deklarativní počítáme paměť epizodickou a paměť sémantickou. Umíme paměť také časově rozlišit na okamžitou (bezprostřední), krátkodobou, střednědobou (pracovní paměť) a dlouhodobou. Při poruchách paměti vzniká retrográdní nebo anterográdní amnézie. Co se týče molekulárních mechanizmů paměti a jejich receptorového vyjádření jsou naše poznatky omezenější. Důležitou roli hrají excitační glutamátové NMDA receptory. Tyto receptory se aktivují při dlouhodobé potenciaci či depresi (LTP, LTD). Jestliže se podají antagonisté těchto receptorů jsou zablokovány obě formy synaptické plasticity. Dalším receptorem, který hraje důležitou úlohu v paměťových receptorech je AMPA receptor. Nejčastější receptorovou teorií paměti je teorie glutamátová, založená právě na mechanizmech působení NMDA a AMPA receptorů. Některými z uvedených problémů jsme se zabývali v naších publikacích (Rokyta 2002, Rokyta a Yamamotová 2002). V současném přehledu je diskutována možnost zapojení dalších receptorových systémů např. cholinergních, serotoninových, adrenergních a dopaminergních mechanismů učení a paměti. Je rovněž diskutována možnost farmakologického ovlivnění receptorových systémů vztahujících se k paměti. Klíčová slova: paměť, učení, receptory NMDA a AMPA, farmakologie The memory disorders represent one of the most serious problems in contemporary medicine. To study the detailed mechanisms of memory is very important for the causal treatment of cognitive and memory dysfunctions. The types and subtypes of memory are described as well as its possible mechanisms. Concerning the receptor mechanisms, namely the glutamate theory is explained, especially the role of NMDA and AMPA receptors. Also the importance of other receptor systems (cholinergic, serotonergic, glutamatergic, dopaminergic) are discussed. Finally the possible pharmacological influences of receptors are mentioned. Key words: memory, learning, NMDA and AMPA receptors, pharmacology Podporováno Centrem neuropsychiatrických studií LN00B122

Literatura Rokyta R. LTP a LTD - mechanismy učení a paměti, farmakologické ovlivnění. Psychiatrie 2002; 6 (Suppl. 3):51–54. Rokyta R, Yamamotová A. Fyziologie a patofyziologie učení a paměti. In: Psychiatrie v medicíně a medicína v psychiatrii. 2002; 232–235.

CLINICAL FEATURES OF THE LATE-LIFE PSYCHOSES (NON – AFFECTIVE) OF PATIENTS ADMITTED TO PSYCHIATRIC HOSPITAL IN PRUSZKÓW (1990–2002) Rusiecka Renata Psychiatric Hospital Partyzantów Pruszków – Tworki, Poland. Despite disagreement about nozology, aetiology and nomenclature this disorders, patients with late-life psychoses still are the important problem in clinical practice. This probably heterogenous group of psychoses arise in elderly with the prevalance rate between 2 and 9 percent in the general population. To describe the late life psychoses psychiatrists often used the various diagnostic categories: late-onset schizophrenia, late parafrenia, delusional disorders, organic psychoses, late-life psychoses, paranoic disorders, involutional psychoses. Due to lack the proper diagnostic categories we are not able to precise define and compare the patients with late-life psychoses. The term paraphrenia was first coined by Kahlbaum in 1863, but Kreaplin was the first one who adopted this term to describe paraphrenia as a form of mild schizophrenia and distinguish paraphrenia systematica from paranoia halucynatoria. Similar to Kreaplin Mayer found paraphrenia to be mild schizophrenia. Kolle did not recognise this group of disorders but label them schizophrenie. Bleuler distinguisghed only paranoia, but Henderson and Gillespie distinguished paraphrenia from schizophrenia. Berner diagnosed paraphrenia systematica and non-systematica. Others authors used diagnoses- paraphrenia systematica, fantastica, and expansiva. Nowadays the scientists present entirely different opinion about psychoses (including paraphrenia) in elderly. Horton in 1998 underline that within the group of late-onset schizophrenia, paranoid psychoses and late paraphrenia there were no discrimination features in symptom profiles. Almeida and Howard in 1994 maintain that due to inability of ICD10 to distinguish diagnostic cryteria the patients with late paraphrenia suffer from improper diagnosis. 101 patients with late paraphrenia were examinated and it occur that: 61,4 % of them were diagnosed as schizophrenia 30,7 as dilusional disorder and 7,9 % as schizoafective disorder. The same group of scientists in 1995 examined 47 patients with late psychoses (paraphrenia) and 33 patients with schizophrenia. They underline that the late-life psychoses like paraphrenia are entirely different from (early –onset) schizophrenia and they are against including (late) paraphrenia into the diagnoses of schizofrenia or dilusional disorder. The scientists according to their next investigation and examination of 80 cases divided the psychoses in elderly into 2 categories: I – with severe neurological symptoms and mild psychotic symptoms II – with severe psychotic symptoms and mild neurological deficit. In 1994 investigator from Meinheim (Germany) underline (using brain-imaging and EEG method) that there are few forms of late-life psychoses – late onset schizophrenia and organic paranoid syndroms. Scientists from Sydney in 1999 maintain that phenomenology and risk faktors do not distinguish discrete late onset schizophrenia. In 1998 Roth and Kay examined patients using neuroimaging and (post mortem) neuropathology method.They disscus the controversial problem of diagnostic allocation and aetological basic late paraphrenia and its connection to late onset schizophrenia. In 1993 scientists from Canada diagnosed 40 elderly patients admitted to psychiatric hospital previous 4 years with late-life psychoses. They described profiles of this disorders: I Late onset schizophrenia with bizarre delusions, auditory hallucinations and first rank and negative symptoms, premorbid personality of the paranoid or schizoid type. II Paraphrenia was charakterised by predominantly nonbizarre delusions, auditory hallucinations and paranoid or schizoid premorbid personality. III Paranoia with late onset of symptoms, nonbizarre delusions and intact premorbid personality. In 1999 investigators from Royal Ottawa Hospital (Canada) diagnosed 33 cases of paraphrenia admitted previous 18 months into 2 psychiatric centres.

In Psychiatric Hospital in Pruszków similar to the other Psychiatric Centres ICD10 diagnostic criteria are in use. Using this criteria most often the elderly patients were categorised as F06.2 – organic delusional disorder, F22.0 – delusional disorder and F22.8 other chronical delusional disorder. Since 1990 to Psychiatric Hospital in Pruszków have been admitted almost 3000 patients over 60.2206 cases were surveyed, 542 cases diagnesed as psychotic (non -affective and non-alcoholic) disorders. There were 393 female- and 149 male-patients.All the patients could be allocated into three clusters: I - 166 patients (112 F and 54 M) with organic and non-organic delusional disorders. II- 145 patients (106 F and 39 M) with organic, late-life or sclerotic psychoses. III – 193 patients (154 F and 39 M) with paraphrenia,delusional and hallucional psychoses, paranoid disorders, schizophrenia and schizophrenia-like psychoses. It is noted the great variety of diagnoses used in clinical practice. The question is if it is possible to find the differences between and within the first and second cluster. The retrospective cases-note studies are gradually assesed and 80 alphabetically ellected patients-cases were examined. Most of the patients were female patients (60 F 20 M) 41 patients ( 15 M 25 F) were properly taken care of. 70 patients were in poor somatic conditions and 52 patients (42 F 10 M) suffer from cardiological problems. 42 female patients and 14 male patients presented mild neurological symptom. I – Psychopatological features presented by patients from I cluster. All the patients suffered poor somatic condition. Patients with non-organic delusional disorder three times less then those with organic delusional disorder presented mild neurological deficits. In all cases the persecutory and reference delusions were presented. In half cases there were systematic.Other delusions were noted rare. Auditory hallucinations were obserwed in 1/3 cases in organic and non-organic delusional disorders. Other hallucinations were rare except hallucinations of taste- in 1/4 cases with organic delusional disorders. The formal though disorder and affective component were noted only occasionally. II – Psychopathological features present by patients from II cluster „elderly disorders”. Almost all the patients suffer poor somatic health conditions with neurological symptoms.They all presented persecutory and reference delusions. In 1/2 cases of late-life psychoses and 1/2 cases of organic psychoses were noted other delusions (gilt,sin and bizarre), which were systematic. Most often auditory and visual hallucinations were presented.In organic psychoses other hallucinations were absent.The affective component apperred in 1/4 to 1/2 cases. III – Psychopatological features presented by patients from III cluster. All the patientst revealed persecutory and reference delusions.1/3 patients with paranoid syndrom and ˝ with paraphrenia presented bias delusion and in 1/2 cases with paranoid syndrom and 1/3 with paraphrenia were noted bizarre delusions.Te systematic delusions were characteristic for paranoid syndrom to a lesser degree than for paraphrenia. Visual and auditory hallucinations occured with the similar frequency for the both groups. Patients with paraphrenia reported also other kind of hallucinations (taste, smell).Formal thought disorders was associated with cases of paranoid syndrom most often. In the both groups the affective component occur with the similar frequency. Conclusion There were no significant differences in the clinic profile of cases within I and II cluster (delusional- and late life psychoses). There were continous transitions in psychopathological profile in I and II cluster. In same cases the level of neurological deficits could help distinguish them, but this factor is not always taking into consideration by clinicians. We are not able to use proper diagnostic categories because of narrow range of ICD10 diagnostic subgroups correspondent to elderly patients suffer the disorders and we still can not manage with diagnoses of late-life psychoses. This problem requires further study.

Renata Rusiecka Psychiatric Hospital Paryzantów str. 2/4 05-802 Pruszków Poland Tel. (48)(22) 758-60-05 w. 359 Fax. (48)(22) 758-75-70

ÚLOHA KASPAS A REAKTIVNÍCH FOREM KYSLÍKU A DUSÍKU PRI NEURONÁLNÍCH POŠKOZENÍCH ROLE OF CASPASES AND REACTIVE OXYGEN AND NITROGEN SPECIES BY NEURODEGENERATIVE INJURY Řičicová Vojteška, Benešová Mária*, Beneš Ludek Ústav chemických léciv, Farmaceutická fakulta VFU, Brno *Katedra bunkovej a molekulárnej biológie liečiv, Farmaceutická fakulta UK, Kalinčiakova 8, Bratislava, SR Souhrn Porušená rovnováha mezi oxidačními a antioxidacními systémy (oxidační stres) je jednou z příčin neuronálních a dalších buněčných poškození a pravděpodobným spouštěčem procesu, na jejichž konci dochází k aktivaci kaspas vedoucí k apoptóze. Klíčová slova: reaktivní formy kyslíku, kaspasy, neuronální poškození Summary Inbalance of oxidative and antioxidative systems (oxidative stress) is one of causes of the neuronal and other cells injury. These processes trigger activation of caspases and lead to apoptosis. Key words: reactive oxygen species, caspases, neuronal injury Mozek člověka je zatížen vysokým příjmem kyslíku. Pětina příjmu O2 je zpracována nervovou tkání. Přes

tuto kyslíkovou zátěž má mozek pouze malé zastoupení některých antioxidačních enzymů (např. katalasy) a naopak vysoký obsah železa, což může být potenciálním katalyzátorem tvorby reaktivních toxických forem kyslíku (ROS), především nejreaktivnejšího hydroxylového radikálu (·OH). Tento stav je jednou z příčin oxidačního poškození, ke kterému dochází během porušené rovnováhy mezi oxidačními a antioxidačními systémy organizmu, což bývá definováno jako oxidační stres. Na molekulární úrovni se jedná o řadu procesů, do kterých reaktivní toxické formy kyslíku (ROS) zasahují a mnohé procesy patrně iniciují. ROS jsou pravděpodobně zodpovědné za vzestup koncentrace intracelulárního Ca2+ a za následné změny, které souvisejí s apoptózou. I když se v některých pracích (1) účast Ca2+ při oxidačním poškození buněk zpochybňuje, je pravděpodobné, že vzestup intracelulárního Ca2+ je zapojen do apoptózy, stejně jako ROS. Řada reaktivních forem kyslíku vykonává však zcela fyziologické funkce a je za normálních podmínek plně kontrolována antioxidačními mechanizmy, například superoxiddismutázou, likvidující přebytek superoxidaniont radikálu nebo katalázou se stejným účinkem vůči peroxidu vodíku. Při nekontrolovaném přebytku „fyziologických“ ROS nebo nedostatečném působení antioxidačních mechanizmů vznikají vysoce reaktivní formy kyslíku, katalyticky stimulované např. ionty Fe2+ nebo Cu+, především již uvedený ·OH. Ten je, vzhledem ke krátkému poločasu životnosti, schopen poškodit zdánlivě jen systémy v bezprostřední blízkosti, ale může odstartovat řetězovou radikálovou reakci a způsobit totální destrukci specifických míst organizmu. S nadbytkem plynného mesengeru oxidu dusnatého (NO), který je sám radikálem, vzniká reakcí se superoxidaniontem peroxynitrit aniont (OONO-). Ten jednak zasahuje, vzhledem ke své mnohem delší životnosti, i do vzdálených míst, jednak svou reaktivitou a průběhem metabolizmu, spojeného se vznikem dalších toxických forem, patří k nejškodlivějším ROS nebo dnes někdy nazývaným reaktivním formám dusíku (RNS). Studie molekulárního a biochemického mechanizmu apoptózy ukazují, že do buněčné destrukce, konkrétně neuronu, může zasahovat přímo nadprodukce NO. NO je generován z L-argininu enzymem NO syntázou (NOS), která v tomto případě může být cytotoxickým mediátorem patologických stavů. Iniciuje aktivaci kaskády kaspáz a tím apoptózu, zejména při traumatickém poškození mozku (3). Kaspázy patří k vysoce specifickým enzymům z rodiny cysteinových aspartátových proteáz. Sehrávají centrální úlohu v procesech apoptózy, evolučně konzervované smrti buněk. Za objasnění těchto procesů byla v r. 2002 udělena Nobelova cena za lékařství a fyzibologii (S. Brenner, J. E. Sulton a H. R. Horvitz). První nalezenou kaspásou byla kaspása-1, původně označená jako interleukin-1-konvertáza, která je klíčovým enzymem zánětu. Přestože je označena jako první, je její působení dodnes poměrně neprobádané. Známých je 14 kaspáz, z nichž 10 patří k humánním kaspazám. V apoptóze pravděpodobně sehrává kladnou i zápornou úlohu kaspáza-2. Kaspáza-3 je zřejme klíčovým enzymem apoptózy. Predevším u ní jsou studovány funkce při smrti mozkových buněk. Kaspsázy 4 a 5 jsou členy podrodiny kaspázy-1, do jejíž aktivace jsou zapojeny. Kaspáza-7 je pravděpodobně ve vztahu s tvorbou b-amyloidu v mozkové tkáni a jednou z příčin vývoje Alzheimerovy nemoci. Aktivuje kaspázu-3. Kaspáza-8 je považována za určitý vrchol apoptické kaskády, vedle dalších clenu podrodiny Ced-3 (Cell Death Abnormal), kaspásy 6, 7 a 9. Dnes známé kaspázy mají vzájemně podobnou sekvenci aminokyselin, s koncovým pentapeptidem QACXG (R (arginin), Q (glutamin), G (glycin), A (alanin), C (cystein)). Mají též podobnou strukturu a substrátovou specifitu. Hydrolýza proteinu pomocí kaspáz je specifická a velmi účinná. Dosud není známa hranice mezi plněním funkčních povinností buňky a jejím zničením. Společným soustředěným účinkem proapotických signálů se aktivuje iniciační prokaspáza, která vzápětí aktivuje efektorovou kaspázu, čehož důsledkem je rozklad buňky. Aktivitu rozdílných iniciačních kaspáz zprostředkovávají různé skupiny signálu (autokatalýza kaspáz, smrtící receptory, cytotoxické látky, ROS). Koordinace apoptózy prostřednictvím kaspáz a dalších proteinů je velmi jemně vyváženým systémem. Jeho narušením dochází k patologickému ovlivnění nejdůležitějších životních pochodů. Insuficience apoptózy, stejně jako její zvýšená funkce, mohou být klíčovým místem vzniku a vývoje rady onemocnění a proto ovlivnění apoptózy prostřednictvím kaspáz představuje jeden ze strategických farmakoterapeutických cílů současnosti. Vnitřní rovnováha mezi životem a smrtí muže být ovlivňována i jinými faktory, jako jsou již uvedené faktory stresové, na jejichž vzniku se podílí například i okolní prostředí. ROS jsou z tohoto hlediska vysoce účinné species, které jsou běžně v určitých koncentracích ve všech živých organizmech. Nadbytek zneklidňuje přirozené buněčné antioxidační ochranné mechanizmy a výsledkem jsou již uvedená poškození biomakromolekul. Oxidační stres je zapojen do řady biologických a patologických procesů podobně, jako apoptóza. Je vysoce pravděpodobné, že oxidační stres aktivuje kaspázy, zřejmě při vyšších hladinách

intracelulárního Ca2+, a indukuje apoptózu v neuronech. Zvýšená tvorba ROS projevující se oxidačním stresem a nefyziologická aktivita kaspáz ovlivňuje v neuronech neurodegenerativní procesy, zúčastňuje se na vývoji zánětu, na ischemicko-reperfúzních stavech, na kancerogenezi a dalších patologických stavech organizmu, což poukazuje na to, že oba procesy, oxidační stres a apoptóza jsou zapojeny v téže patologii (2). Vyplývá to i z řady prací, mezi nimi nepřímo i z našich předběžných experimentů s látkami, které jsou silnými antioxidanty a navíc i účinnými inhibitory kaspáz. Práce byla realizována s podporou Výzkumného zámeru MŠMT c. 163700003 a grantu IGA VFU c. 9/2002/FaF. Mgr. Vojteška Řičicová Ústav chemických léčiv FaF VFU Palackého 1/3 61242 Brno e-mail: [email protected] Literatura 1. Annunziato L, et al. Toxicol Lett 2003; 139: 125–133. 2. Chandra J, et al. Free Radical Biol Med 2002; 29: 323. 3. Jia Lu et al. Neurosci Lett 2003; 339: 147–150. 4. Mattson MP. Ann New York Acad Sci 1999; 893: 154–175. 5. Nicotera P, et al. Trends Pharmacol Sci 1999; 20: 46–51.

VLIV VYBRANÝCH LÁTEK NA AKTIVITU KASPAS, POTENCIÁLNÍ MÍSTO ZÁSAHU PřI LÉčBě NEURODEGENERATIVNÍCH ONEMOCNĚNÍ INFLUENCE OF SOME DRUGS ON CASPASES ACTIVITY, POTENTIAL TARGET FOR NEURODEGENERATIVE DISEASES TREATMENT Řičicová Vojtěška, Benešová Mária*, Beneš Luděk Ústav chemických léčiv, Farmaceutická fakulta VFU, Brno, *Katedra buňkovej a molekulárnej biológie liečiv, Farmaceutická fakulta UK, Bratislava, SR Souhrn Výsledky terapie neurodegenerativních onemocnění jsou i přes intenzivní výzkum stále neuspokojivé, proto je snahou hledat nové terapeutické přístupy. Jednou z možných cest jsou inhibitory kaspás, enzymu účastnících se apoptózy. Klíčová slova: neurodegenerativní onemocnění, kaspásy, apoptóza, inhibitory kaspás Summary Results of treatment of neurodegenerative diseases are in spite of intensive researching still unsatisfactory. That is why there is endeavour to look for new therapeutical approaches. Inhibitors of caspases, enzymes taking part in apoptose, are ones of the possible ways. Key words: neurodegenerative diseases, caspases, apoptose, caspase inhibitors Úvod Neurodegenerativní onemocnění2 jsou závažným problémem a vlivem některých civilizačních faktorů, včetně prodlužujícího se průměrného věku populace, se jejich výskyt výrazně zvyšuje. Převažující skupinu tvoří demence Alzheimerova typu, kde dochází k extracelulárnímu ukládání b-amyloidu, proteinu, tvořících výraznou část senilních plaků. V placích dochází ke spuštění řady patogenetických řetězců, mimo jiné ke tvorbě toxických forem kyslíku a dusíku, které peroxidují lipidy neuronální membrány a další biomakromolekuly. Důsledkem je poškození a nefunkčnost neuronů. Dochází k aktivaci tzv. excitotoxické kaskády na jejímž konci je uvolnění a aktivace kaspás. Kaspásy náleží k enzymům zapojeným do programované buněčné smrti – apoptózy. Současná farmakoterapie neurodegenerativních onemocnění je neuspokojivá – pouze zpomaluje progresi choroby. Je možné zpomalit vývoj nebo zabránit iniciaci patologických změn podáváním antioxidancií.

Používají se též prekurzory acetylcholinu (lecitiny), inhibitory cholinesteráz a další, včetně směsí aminokyselin a velmi krátkých peptidů, příznivě ovlivňujících tvorbu nervových růstových faktorů. S malým úspěchem jsou používána léčiva zesilující kognitivní funkce. Určitých pokroků bylo dosaženo s látkami blokujícími ionotropní receptory excitačních aminokyselin (memantin), terapií zaměřenou na zmírnění poruch chování, spánku a emotivních funkcí (některá neuroleptika, antidepresiva) a na úpravu vaskulárních funkcí. Vývoj nových léčiv je zaměřen na řadu dalších oblastí – inhibitory sekretáz, inhibice tvorby b-amyloidu nebo odstraňování jejich depozit. Přes intenzivní výzkum specifická léčba dosud neexistuje. Ke zlepšení situace může přispět prozkoumání vzniku těchto patologických stavů na základní molekulární úrovni – např. prozkoumání apoptických procesů, včetně vlivu funkce některých enzymů ve vztahu k nekontrolované apoptóze, zejména kaspás. Apoptóza3 (programovaná smrt buňky) je fyziologický proces zániku buňky, avšak dysregulace tohoto procesu může vést k celé řade onemocnění. Apoptózu spouští řada extra- i intracelulárních faktorů, které v konečném důsledku vedou k aktivaci kaspasové kaskády. Výsledkem je hydrolýza řady proteinů následovaná buněčnou smrtí. Všechny kaspasy se nacházejí ve tkáních ve formě proenzymu a jsou aktivovány kaskáovým mechanizmem. Dosud bylo popsáno 14 kaspás, jednotlivé kaspásy mají různé funkce. Kaspása 1, dříve označovaná interleukin-1-konvertáza, je zapojena do patogeneze řady akutních i chronických zánětlivých procesů, včetně neurodegenerativních onemocnění, a je slibným místem případného terapeutického zásahu1. Stručná charakteristika zkoumaných látek K testování inhibice kaspás byl vybrán memantin, látka používaná v terapii Alzheimerovy choroby, a racemát a enantiomery trans-2-morfolinocyklohexylesteru kyseliny 3-pentyloxyfenylkarbamové, označované (±)-, (+)- a (-)-K1904.

Experimentální část Materiál – rekombinantní lidská kaspása-1 z E. coli (Calbiochem), substát Ac-YVAD-pNA (Calbiochem), memantin (Pliva-Lachema), racemát a enantiomery K1904 (FaF Brno) Metodika – aktivita kaspásy byla sledována stanovením p-nitroanilinu po jeho uvolnění ze specifického substrátu měřením absorbance při 405 nm4,5. Absorbance byla měřena po 1 hod inkubace při 37 °C na spektrofotometru Unicam SP 1800. Výsledky a závěr 1. Kinetická měření potvrdila linearitu enzymatické reakce v průběhu 60 min inkubace (obr. 1, tabulka 1).

2. Závislost rychlosti enzymatické reakce na koncentraci substrátu je znázorněna na obr. 2, hodnota

Michaelisovy konstanty (Km) je 215,7 µmol.l-1.

3. Všechny použité efektory (inhibitory) snižovaly aktivitu kaspásy-1, inhibiční účinek enantiomeru a racemátu K1904 byl odlišný (obr. 3, tabulka 2).

4. Na obrázku 4 a v tabulce 3 je znázorněna zbytková aktivita kaspásy 1, resp. inhibiční účinek jednotlivých inhibitorů.

Práce byla realizována s podporou Výzkumného záměru MŠMT č. 163700003 a grantu IGA VFU č. 9/2002/FaF.

Mgr. Vojteška Řičicová Ústav chemických léčiv FaF VFU Palackého 1/3 612 42 Brno e-mail: [email protected]

Literatura 1. Baichwal VR, Baeverle PA. Annu Rev Med Chem 1998; 33: 233. 2. Jirák R.: Postgraduální medicína 2001; 4: 428. 3. Kerr JFR, Wyllie AH, Currie AR. Br J Cancer 1972; 26: 239. 4. Reiter LA. Int J Peptide Prot Res 1994; 43: 87. 5. Thornberry NA. Methods Enzymol 1994; 244: 615.

ČASNÁ DIAGNÓZA ALZHEIMEROVY DEMENCE: MÝTUS NEBO REALITA? EARLY DIAGNOSIS OF ALZHEIMER´S DEMENTIA: MYTH OR REALITY? 1

Řípová D., Platilová V., 2Jirák R. 1 Prague Psychiatric Center, 2Psychiatric Clinic of the 1st Medical Faculty, Charles University Summary Alzheimer’s disease is the most common neurogenerative disorder in the elderly, which progression can be slowed down, especially when diagnosed in the early stages of the disease. Therefore the search for biological markers for the diagnosis is urgently needed. On the basis of literature contemporary knowledge and own recent findings the short review is presented. Key words: Alzheimer´s disease, biological marker, calcium homeostasis Klíčová slova: Alzheimerova demence, biologický marker, homeostáze kalcia Introduction Alzheimer´s disease (AD) is a progressive degenerative brain disease, which represents the most common dementia among older persons. Prevalence of the disease in Europe ranges from 0.02% in people 30–40 years old to 10.8% in those aged 80–90 years (Burns et al., 2002). Socioeconomic consequences of this disease are huge. The manifestation of the disease leads to deficits in cognitive function (amnesia, aphasia, aphrasia, and agnosia). Various psychiatric symptoms and behavioral disturbances become apparent (depression, desilusions, hallucinations, personality change) and difficulties with daily living activities occur. We do not have a cure, but many psychological and psychosocial interventions as well as anticholinesterase drugs (donepezil, rivastigmin, galantamine) in mild and moderate stages of AD may delay severe stage of the disease. Recent breakthroughs in putative disease-modifying interventions for AD underscore the urgency of making the earliest possible diagnosis. Many clinical decisions, especially diagnoses, are made on the basis of probability. Diagnosis of AD fits into this category: „probable AD“ is generally used to improve the confidence in the clinical diagnoses. Clinicians weigh additional diagnostic tests (routine blood examinations, magnetic resonance imaging, computed tomography, functional brain imaging) to increase the probability of AD by excluding other disorders. A “definite” diagnosis of AD can be made from pathological brain examination only. The accuracy of the clinical diagnosis of AD, compared with pathologic assessment, has increased from above 80% to 90% during last two decades (Mega, 2002), but identification of biological marker, which allow clinicians to make more objective diagnoses in vivo, has to be non-invasive, simple, cheap, and user-friendly and should be directed at accessible body fluids. According to the Consensus Report of the Working Group on „Molecular and Biochemical Markers of Alzheimer´s Disease“ (1998), an ideal biomarker for clinical use would fulfill these criteria: have a high specificity, be very sensitive, be able to detect AD early in its course (or presymptomatically), be useful in monitoring the disease progression and pharmacological treatment, be non-invasive or be based on well available body fluids, be inexpensive and simple to perform to be routinely widespread. 1. Peripheral biological markers for AD

Recent fundamental research of the pathogenesis of AD brings evidence that the main histopathological and functional characteristics of this disease are senile plaques and neurofibrillary tangles, alterations in neurotransmission, inflammation, impairment in the action of free oxygen radicals and calcium homeostasis. The main cognitive deficits manifested in patients with AD are connected with the loss of cholinergic neurons. The biochemical approach using peripheral cells is based on the hypothesis that AD might be a systemic disease that affects different cells. Postmitotic cells of the brain may be more sensitive to injury than the other cells of the body and thus pathophysiological mechanisms that underlying the disease can lead to the dysfunction and death of the neurons in AD. 1.1. Combination of protein t and Ab42 measurement: the most promising biomarkers for clinical use? A combination of estimation of protein t and Ab42 in CSF may provide greater diagnostic accuracy than each individually. It was well documented in the study of Hulstaert et al. (1999) in a large multicenter study (ten European and US university centers participated). At 85% sensitivity, specificity of the combined test was 86% compared with 55% for Ab42 alone and 65% for protein t alone. The authors concluded that the combined measurement of protein t and Ab42 meets the requirements for clinical use in discriminating AD from normal aging and specific neurological disorders. Usage of these combined tests as predictors of AD development was reported by Andreasen et al. (1999) in patients with mild cognitive impairment (MCI) who at follow-up investigations had progressed to Alzheimer’s disease. At baseline 14 of 16 of MCI patients had high CSF-t and/or low CSF-Ab42 levels. It indicates that these CSF-markers are abnormal before the onset of clinical signs of AD. However, no other types of dementia and other neurological disorders in their preclinical stages were investigated in this study. 1.2. Alterations in calcium homeostasis as a biological marker? Disturbances in calcium homeostasis were reported in many studies in normal and pathological aging (Khachaturian et al., 1989, Khachaturian, 1998) and it was postulated that alteration in calcium homeostasis could affect most AD-related deficiency (Řípová and Strunecká, 1998). On the other hand, a key element of AD pathology, b-amyloid protein, has been shown to disrupt neuronal Ca2+ homeostasis (Mattson et al., 1993, Fraser et al., 1997). In our previous studies (Řípová et al., 1999, 2000) we reported significant alterations in calcium homeostasis in blood platelets of patients with AD which were not observed during aging. These results further suggest the systemic feature of AD and support the view that examining peripheral cells may represent a useful approach in the study of pathological changes in AD. To search for a diagnostic marker of Alzheimer´s disease, we measured cytosolic calcium concentration ([Ca2+]i) in platelets of AD patients, age-matched control subjects and in patients suffering dementia of vascular origin. The ([Ca2+]i) was determined using long wavelength indicator Fluo-3AM in mild AD patients. The diagnoses were verified by clinical examinations including diagnostic criterias (DSM-IV, NINCDS/ADRDA), Hachinski Ischemic Score, MMSE, and also by brain CT scan. The basal values of [Ca2+]i were significantly lower in AD compared to age-matched controls. After the addition of 1 mM calcium into the incubation media, the [Ca2+]i markedly increased in platelets of AD compared to age-matched controls and vascular dementia patients. This measurement of [Ca2+]i in platelets after the addition of 1 mM calcium in the incubation medium could provide a biological marker of AD which is very sensitive (95%) and fulfills most of the other criteria defining a biological marker (is non-invasive and able to detect AD early in its course). However, there is an overlap between the AD and vascular dementia patients, although the difference between these two groups is statistically significant. Measurement of calcium homeostasis could provide a very sensitive, but less specific biological marker of AD. However, the discriminant function of this method has to be validated by confirmation by at least one other independent study. 1.3. Genetics and biomarkers Many of the more recent findings are not consistently confirmed. Until recently four loci had been identified as contributing to AD. The mutations in the bAPP gene on chromosome 21, the mutations on chromosomes 1 and 14 are sufficiently well established to be used as a basis for genetic screening in suspected cases of early-onset familial AD (FAD). The theoretical utility of genetic tests in FAD is obvious, but what about the majority subjects with sporadic forms of AD? The fourth gene is on chromosome 19. Although this gene

itself does not cause AD, it is considered a risk factor, which does not inevitably lead to the disease. ApoE-4 genotype is clinically important although the ApoE genotype is not sufficiently reliable to be used as a diagnostic test. 1.4. Other possible biomarkers There is a growing body of reports from different research areas suggesting new AD biomarkers that are close to the pathophysiology of the disease. Among them belong: oxidative stress and inflammation markers, neurotransmitters and related proteins, markers related to synaptic function, destruction or synaptic degeneration markers, blood-brain barrier damage markers etc. (for review see Bancher et al., 1998). The specificity and selectivity of all above mentioned markers for AD remain open and will have to be investigated further. 2. Brain imaging techniques in the search for biological markers of AD. Structural neuroimaging techniques such as computed tomography (CT) and magnetic resonance imaging (MRI) have demonstrated that rapid progression of atrophy in the temporo-parietal cortex in AD (Jobst et al., 1992). Volumetric measurement of specific brain structures by MRI revealed hippocampal atrophy (Jack et al., 1999, Chan et al., 2001). The wide variation between patients makes evaluation of these findings difficult in the individual, and the ability of MRI to discriminate AD from other dementias is uncertain. Serial MRI over the time may increase the specificity of the diagnosis. More dimensional video MRI system has been used to map the progression of AD (Thompson et al., 2003). Dr.Thompson´s group detected and mapped a dynamically spreading wave of grey matter loss in the brains of AD patients. The loss pattern was visualized in four dimensions as it spreads over time from temporal and limbic cortices into frontal and occipital brain regions. Deficits correlated with progressively declining cognitive status. The maps distinguished different phases of AD and differentiated AD from normal aging. Functional imaging techniques such as positron emission tomography (PET) and single photon emission tomography (SPECT) were expected to play a useful role in improving the clinical diagnosis. SPECT or PET can provide images of a variety of biochemical functions, such as cerebral blood flow and volume, cerebral glucose and oxygen metabolism, receptor mapping, and amino acid incorporation rates into proteins. Studies of cerebral blood-flow generally show hypoperfusion in the temporal-parietal lobes in AD patients and in the anterior cerebral cortex in frontotemporal dementia, but are no better than clinical criteria in differentiating AD from other dementias (Knopman et al., 2001). Hypometabolism throughout the neocortical association areas was reported in AD in many studies using PET (for review see Small et al., 1996), but is not able alone to constitute a diagnostic marker (Powers et al., 1992). Conclusion AD is a heterogeneous disease from a clinical, genetic, and pathological point of view. At present, it seems that more than one biological marker is needed to aid in the diagnosis of AD. In the context of the above mentioned definition of an ideal biological marker, the combination of CSF t and Ab42 most closely approximate an ideal biomarker of AD at this time. The cost and lack of widespread availability of brain imaging methods, the subjectivity of the interpretation of imaging studies and the variability of technical methods are the main difficulties for the acceptance of brain imaging methods as clinical diagnostic tests. Nevertheless these biological markers, although are not ideal, help clinicians to improve clinical diagnosis in early stages of AD. Supported by the Ministry of Health of the Czech Republic (Project No.MZ 000 000 23752).

RNDr. Daniela Řípová, CSc. Psychiatrické centrum Praha Ústavní 91 181 03 Praha 8 phone: 266003150 fax: 266003134 e-mail: [email protected]

References Andreasen N, Minthon L, Vanmechelen E, Vanderstichele H, Davidsson P, Windblad B, Blennow K. Cerebrospinal fluid tau and Ab42 as predictors of development of Alzheimer´s disease in patients with mild cognitive impairment. Neurosci Lett 1999; 273: 5–8. Bancher C, Jellinger K, Wichart I. Biological markers for the diagnosis of Alzheimer´s disease. J Neural Transm 1998; 53: 185–197. Fraser SP, Suh YH, Djamgoz MBA. Ionic effects of the Alzheimer´s disease beta-amyloid precursor protein and its metabolic fragments. Trends Neurosci 1997; 20: 67–72. Burns A, Byrne J, Maurer K. Alzheimer´s disease. Lancet 2002; 360: 163–165.Hulstaert F, Blenow K, Ivanoiu A, Schoonderwaldt HC, Riemenschneider M, DeDeyn PP, Bancher C, Cras P, Wiltfang J, Mehta PD, Iqbal K, Pottel H, Vanmechelen E, Vanderstichele H: Improved discrimination of AD patients using b-amyloid(1-42) and tau levels in CSF. Neurology 1999; 52: 1555–1562. Vhan D, Fox NC, Jenkins R, Scahill RI, Crum WR, Rossor MN: Rates of global and regional cerebral atrophy in AD and frontotemporal dementia. Neurology 2001; 57: 1756–63. Jack CR Jr, Petersen RC, Xu YC, O´Brien PC, Smith GE, Ivnik RJ, Boeve BF, Waring SC, Tangalos EG, Kokmen E: Prediction of AD with MRI-based hippocampal volume in mild cognitive impairment. Neurology 1999; 52: 1397–1403. Jobst KA, Smith AD, Szatmari M, Molyneux A, Esiri ME, King E, Smith A, Jasnowski A, McDonald B, Wald N. Detection in life of confirmed Alzheimer´s disease using a simple measurement of medial temporal lobe atrophy by computed tomography. Lancet 1992; 340: 1179–1183. Khachaturian ZS, Cotman CW, Pettergrew JW (eds): Calcium, membranes, aging, and Alzheimer´s disease. New York, New York Academy of Sciences, 1989; 568: 1–292. Khachaturian ZS: An overview of Alzheimer´s disease research. Am J Medicine 1998; 104: 26S–31S. Knopman DS, DeKosky ST, Cummings JL, et al. Practice parameter: diagnosis of dementia (en evidence-based review): report of the quality standards subcommittee of the American Academy of Neurology. Neurology 2001; 56: 1143–53. Mattson MP, Barger SW, Cheng B, Lieberburg I, Smith-Swintosky VL, Rydel RE. beta-Amyloid precursor protein metabolites and loss of neuronal Ca(2+) homeostasis in Alzheimer´s disease. Trends Neurosci 1993; 16: 409–414. Mega MS. Differential diagnosis of dementia: clinical examination and laboratory assessment. Clin Cornestone 2002; 4: 53–65. Powers WJ, Perlmutler JS, Videen TO, Herscovitch P, Griffeth IK, Royal HD, Siegel BA, Morris JC, Berg L. Blinded clinical evaluation of positron emission tomography for diagnosis of probable Alzheimer´s disease. Neurology 1992; 42: 765–770. Řípová D, Platilová V, Strunecká A, Jirák R, Höschl C. Cytosolic calcium alterations in platelets of patients with early stages of Alzheimer´s disease. Neurobiol Aging 2000; 21(5): 729–734. Řípová D, Platilová V, Strunecká A, Jirák R. Calcium homeostasis and its disturbance during aging and in Alzheimer´s disease. Phys Res 1999; 48: S112. Řípová D, Strunecká A. Phosphoinositide signalling system: a new enticing pathway to therapy of Alzheimer´s disease? Homeostasis 1998; 38(4): 157–162. Small GW, Komo S, La Rue A, Saxena S, Phelps ME, Mazziota JC, Saunders AM, Haines JL, Pericak-Vance MA, Roses AD. Early detection of Alzheimer´s disease by combining apolipoprotein E and neuroimaging. Ann N Y Acad Sci 1996; 802: 70–78. The Ronald and Nancy Reagan Institute of the Alzheimer´s Association and the National Institute on Aging Working Group. Consensus Report of the Working Group on „Molecular and Biochemical Markers of Alzheimer´s Disease.“ Neurobiol Aging 1998; 19: 109–116. Thompson PM, deZubicaray G, Janke AL, Rose SE, Semple J, Herman D, Hong MS, Dittmer SS, Doddrell DM, Toga AW. Dynamics of gray matter loss in Alzheimer´s disease. J Neurosci 2003; 23: 994–1005.

THE ROLE OF REACTIVE MICROGLIA IN THE CENTRAL NERVOUS SYSTEM ROLA REAKTÍVNEJ MIKROGLIE V CENTRÁLNOM NERVOVOM SYSTÉME Saganová K., Urdzíková L., Ondrejčák T., Gálik J., Maršala J., Vanický I.

Institute of Neurobiology, Slovak Academy of Sciences, Košice, Slovak Republic Abstract Hypotension-induced reduction in proximal arterial perfusion pressure can be used in spinal cord ischemia models to minimize the residual blood flow to the spinal cord. Hypotension dramatically reduces the critical ischemic period that can be tolerated by CNS tissue without permanent injury. In the present study, we investigated whether intraischemic proximal arterial hypotension used in transient spinal cord ischemia (TSI) model and subsequent permanent occlusion of one carotid artery (1 VO) induces detectable histopathological changes in the brain. After survival periods ranging from 1-5 days, the brains of experimental animals were processed for histology and representative sections from hypotension/hypoperfusion vulnerable structures were submitted to histochemical staining with isolectin-B4 from Griffonia simplicifolia for visualization of activated microglia. Reduction of cerebral perfusion pressure during TSI and subsequent unilateral carotid occlusion induced apparent microglial response in the vulnerable hippocampal areas. Lectin-stained mild activated microglial cells were spread throughout the dentate hilus, CA1 and CA3 hippocampal regions either bilaterally, or strongly activated microglia were observed in the same areas unilaterally. These findings show that TSI linked with cerebral hypotension /hypoperfusion, but not occlusion of thoracic aorta alone, induces microglial activation in the hippocampus. This observation is in accordance with previous reports describing activation of microglia after mild insults which do not cause permanent neuronal injury. Key words: hypotension, ischemia, brain, spinal cord, microglia Introduction Microglia are a class of mononuclear phagocytes intristic to the CNS. These cells are the principal immune effector elements of the brain and spinal cord and are associated with diverse clinical problems including cerebrovascular disease (Guilian 1992). Although microglia do not cause disease, they react to it and, ultimately, determine the pattern and degree of recovery. Virtually all microglia of the mature CNS are found as quiescent, ramified cells with no recognized function. The inactive state of these cells is demonstrated by the lack of proliferative, phagocytic, and secretory behaviors. During CNS injury, ramified microglia retract processes, become more ameboid-like, and transform into a form of the reactive microglia. Lesions which create damage to the blood-brain barrier such as stroke or trauma induce immediate microglial activation. It is well known that cerebral hypotension/ischemia elicits activation of glial cells and this response may play an important role in the development of brain damage. The activation of microglial cells is strictly controlled and the functional role of microglia before transforming into macrophages might be neuroprotective. Materials and methods Twenty five adult, male, Wistar rats were randomly divided into two groups: in group 1, rats were subjected to transient spinal cord ischemia (TSI) by intraluminal balloon catheter occlusion of the thoracic aorta for 15 minutes, without any manipulation of proximal blood pressure. In group 2, animals were subjected to TSI for 8, 10 or 12 minutes and proximal MAP was lowered to 40 mm Hg by withdrawal of blood from the left common carotid artery. The method for producing normothermic transient spinal ischemia without and with controlled proximal arterial pressure has been previously described (Marsala and Yaksh, 1994; Taira and Marsala, 1996). Animals were allowed to survive 1-5 days postischemia. The perfusion-fixed brains were cut on vibratome at 50 mm and sections were stained with hematoxylin-eosin, cresyl violet or toluidine blue or subjected to lectin staining. Lectin staining was performed on sections by a free-floating procedure (Streit, 1990). Briefly, vibratome sections 50 mm thick were washed in 0.1 M sodium phosphate buffer (pH 6.8) containing CaCl2, MgCl2, MnCl2 (all at 0.1 mM), and 0.1% Triton X-100 (microglia buffer). Subsequently, the sections were treated with 0.6% H2O2 in the microglia buffer, rinsed and incubated overnight at 4 °C with a horseradish peroxidase conjugate of Griffonia simplicifolia B4-isolectin (GSA I-B4-HRP, Sigma L-5391) diluted at 20 mg/mL. Lectin binding was developed using 3’,3 diaminebenzidine tetrahydrochloride as a substrate. Results Activated, lectin-labeled microglia were observed in the hippocampus of all animals with MPAP control, regardless of the length of ischemia and survival period. In general, two different patterns of microglial response were seen. First pattern included high numbers of moderately lectin-stained microglial cells spread

throughout the vulnerable hippocampal regions bilaterally. The second pattern was intense microglial reaction affecting the hippocampus unilaterally. This arrangement of microglial activation appeared 1 day following aorta cross-clamping, the earliest time point examined, and persisted unaltered at days 3 and 5 after ischemia. Mild, symmetrical microglial response in both hippocampi was detected in 48% of brains. Lectin stained microglial cells were found primarily in the dentate hilus and CA3 region, while microglia were less numerous in the CA1 area. Morphologically, microglia had appearance of mildly activated cells, with increased lectin-stained cell bodies and numerous antler-like processes. Strong asymmetrical microglial activation was observed in 52% of the brains. In this asymmetrical subgroup, we did not observe a relevant relation between occluded left carotid artery and the site of strong microglial activation. Strongly activated microglia were accumulated unilaterally while the contralateral part of hippocampus showed signs of mild microglial activation. The microglial staining pattern in the hippocampi with mild microglial response did not differ from the microglial arrangement in brains with symmetrical activation. The unilateral strong microglial response was accompanied by the presence of intensely stained microglial cells with different morphological attributes. Discussion Microglia, which are normally quiescent, rapidly transform to an activated state in response to a wide array of stimuli, including global brain hypotension/ischemia. Microglial activation in the brain involves a stereotypical pattern of cellular responses involving proliferation and recruitment to the site of neuronal activity or injury, as well as a complex of functional changes. In addition, microglial activation is a graded response. It proceeds via a stereotypic multistep pattern comprised of a common sequence of cellular responses almost irrespective of stimulus involved (Brucce-Keller, 1999). In our experiment, approximately half of the brains displayed asymmetrical microglial reaction, which included mild microglial response on one side and strikingly strong microglial reaction on the other side. We speculate that unilateral potentiation of microglial activation can be caused by permanent occlusion of one carotid artery. Recently, unilateral damage to hippocampus has been described when the model of BCCAO combined with systemic hypotension was used (Murakami et al., 1998). The blood flow to the hippocampus during ischemia induced by BCCAO is substantially dependent on the flow via the bilateral posterior communicating arteries (PcomAs) from the posterior circulation. Blood flow through the PcomAs to the anterior circulation is dependent on the systemic blood pressure and the diameter of the PcomAs. Another important factor is plasticity of PcomAs that might also affect the histological outcome. It has been reported that hippocampus was likely to be more sensitive to PcomAs hypoplasticity than striatum or cortex (Murakami et al., 1998). In our opinion, similar disturbances on PcomAs might be the reason for asymmetrical blood flow changes in our experiments, and explanation for asymmetrical microglial changes, as well. Once activated, microglia show a territorially highly restricted involvement in the disease process. This property, peculiar to microglia, confers to them diagnostic value for the accurate spatial localization of any active disease process, acute or chronic. Recently, visualizing microglial activation in vivo (PET method) showed the histologically well-described activation of microglia in the penumbra of focal lesions, as well as in the distant, anterograde, and retrograde projection areas of the lesioned neural pathway (Banati, 2002). Data suggest that the injured brain is less static than commonly thought and shows subtle glial responses even in macroanatomically stable appearing regions. This implies that glial activation is not solely a sign of tissue destruction, but possibly of disease-induced adaptation or plasticity as well. Supported by SAS VEGA grants No. 2/3216 and 2/3217. RNDr. Kamila Saganová, PhD. Neurobiologický ústav SAV Šoltésovej 4 040 01 Košice Slovenská republika e-mail: [email protected] References 1. Banati RB. Glia 2002; 40: 206–217. 2. Bruce-Keller AJ. J Neurosci Res 1999; 58: 191–201. 3. Guilian D. Curr Top Neurol 1992; 12: 23–54.

4. Marsala M, Yaksh TL. J Cereb Blood Flow Metab 1994; 14: 526–535. 5. Murakami K, Kondo T, Kawase M, Chen PH. Brain Res. 1998; 780: 304–310. 6. Streit WJ. Histochem Cytochem 1990; 38: 1683–1686. 7. Taira Y, Marsala M. Stroke 1996; 27: 1850–1858.

THE CATALYTIC NOS ACTIVITY IN THE LUMBOSACRAL SPINAL CORD AFTER TRANSIENT ABDOMINAL AORTA OCCLUSION Silvašiová M.1, Pavel J.1, Radoňák J.2, Lukáčová N.1, Maršala J.1 1 Institute of Neurobiology, Slovak Academy of Sciences, 2II. Surgical Clinic of Faculty of Medicine, P. J. Šafárik University, Faculty Hospital L. Pasteura, Košice, Slovak Republic Abstract The regional changes of nitric oxide synthase (NOS) activity were studied after transient ischemia (13 min) followed by 3h, 1 day and 4 days of reperfusion in the spinal cord of the rabbits. Ischemia itself did not induce changes in NOS activity in the regions of the gray (dorsal horn, intermediate zone, ventral horn) and white (dorsal, lateral and ventral column) matter. Spinal cord ischemia followed by 3h of reperfusion caused significant decrease of NOS activity in highly vulnerable ventral horn and in lateral and ventral columns. Renewal of enzyme activity was noted during 1 day of reperfusion in all above mentioned regions. Prolonged, 4 days reperfusion induced a significant decrease of catalytic NOS activity in the dorsal, lateral and ventral columns, but did not induce changes in regions of the gray matter. Key words: Nitric oxide synthase, ischemia/reperfusion, spinal cord regions Introduction Nitric oxide (NO) is a biomolecule, involved in a wide variety of physiological functions (1). It is produced enzymatically from L-arginine in the cytoplasm of neurons, endothelial cells, macrophages, microglial and astroglial cells by three isoforms of nitric oxide synthase (NOS). In the nervous system, NO seems to be an important intra- and intercellular messenger, providing antero- and retrograde communication between neurons, and, between neurons and glial cells. NO may also play a role in the pathogenesis of some neurodegenerative disorders (2-5). Therefore the strict control of the NOS activity seems to be one of important aspects regulating the signal transduction by means of NO. Ischemia of CNS, if strong enough, leads to activation of constitutive, Ca2+-dependent forms of NOS in endothel and neuronal cells and causes an overproduction of toxic amount of NO (6). However, a long-term inhibition of NOS in the spinal cord can cause an increase of the arterial blood pressure inducing the spinal cord infarcts and functional disorders (7). It can be postulated therefore that in ischemic pathophysiology, NO posses a controversial influence, being a powerful dilatator of cerebral vessels and/or a mediator of tissue injury. In the present study, we examined the regional differences in catalytic NOS activity in a model of abdominal aorta occlusion followed by short- and long-lasting reperfusions. The duration of aortic occlusion was 13 min, expecting a moderate effect on recovery pattern assessed at 3h, 1 day and 4 days of reperfusion. Spinal NOS synthesis measured in specific gray and white matter regions was compared with neurologic outcome of experimental animals. Material and methods Thirty-five adult rabbits of both sexes, weighing 2.5-3.5 kg were used in the experiments. Experimental animals were divided into five groups: (1) control animals (n = 5); (2) animals subjected to 13 min ischemia (n = 5); (3) animals with 13 min ischemia and 3 hours, 1 day and 4 days of reperfusion (n = 15). After being premedicated with ketamine 40 mg/kg and xylazine 8 mg/kg intramuscularly, the animals were anesthetized with 1.0 – 2.0% halothane in room air delivered via face mask during operation. Under sterile conditions, a right femoral arteriotomy was performed 3-4 cm distal to the inguinal ligament. A 5-Fogarty arterial embeloctomy catheter (120805F Baxter Healthcare Corporation, USA) was advanced 15 cm into the femoral artery (8). This resulted in balloon location 0.5-1.5 cm distal to the left renal artery in the abdominal aorta. Before catheter insertion, heparin 500IU was administered intravenously. The balloon was inflated for 12.5 min until loss of pulsatile distal aortic pressure. At the end of experimental intervals, the backbone

(segments L4 – S4) was excised and the spinal cord was quickly extruded into an ice-cold isotonic solution. The spinal cord was carefully frozen and stored in liquid nitrogen. The L4 –S4 segments were cut in a cryostat (-18°C) into 600mm slices. The tissue samples were punched by needles (id 0.6 or 0.8 mm) from the gray matter regions: laminae I-IV (dorsal horns), laminae VII and X (intermediate zone and pericentral region), laminae VIII-IX (ventral horns), and white matter regions: dorsal, lateral and ventral columns on a plate cooled with liquid nitrogen (-15°C). The catalytic NOS activity was determined by the conversion of [3H] arginine to [3H] citrulline according to the method of Bredt and Snyder (9). Protein determination was done using a Bradford assay (10). The results from analyses were expressed as pmol/mg protein. Neurological Evaluation: The animals were neurologically scored on a 5-point Tarlov score after ischemia and subsequent reperfusions: 0-paraplegia with no lower-extremity motor function; 1-poor lower-extremity motor function (flicker of movement or weak antigravity movement only); 2-some lower-extremity motor function with good antigravity strength but inability to draw legs under body and/or hop; 3-the ability to draw legs under body and hop but not normally; 4-normal motor function. Results and discussion Radioassay detection of catalytic NOS activity was used to assess regional changes of enzyme activity in the spinal cord, affected by trasient ischemia followed by short- and long-lasting reperfusions. Under physiological conditions, the catalytic NOS activity in the gray matter regions varied from 12.1 to 34.4 pmol/mg and in the white matter columns from 8.9 to 11.0 pmol/mg. The results have shown that ischemia itself did not produce significant changes in NOS activity in regions of the gray and white matter. Moderate ischemia followed by 3h of reperfusion caused a significant decline of NOS activity in highly vulnerable ventral horn of the spinal cord (11-12) and in the lateral and ventral columns. However, the dorsal horn, the intermediate zone and dorsal column were the sites of non-significant changes. It seems possible that higher (2.3-times) basal level of NO in the dorsal horn, known for its vasodilatatory effect (13), can protect the dorsal horn from the negative influence in the course of ischemia/reperfusion periods. It is known that there is a high level of proteinkinase C (PKC) in the dorsal horn (14), and that NOS catalytic activity may be inhibited by PKC phosphorylation. It seems possible that the generation of toxic NO in this region of the spinal cord can be influenced through PKC activation. Small NOS-IR neurons in superficial dorsal horn may act mainly as inhibitory neurons and may respond differently to NO donors than large, mostly cholinergic located in the medial part of intermediate zone. These neurons are known by a high diversity of neurotransmitters and/or neuromodulators. The increase of NOS activity has been expected in short-lasting reperfusion, characteristic for the presence of oxygen radicals (15-18) and a low level of protective enzymes (19). It seems possible that much stronger ischemia and/or shorter post-ischemic period than that used in our study is needed for activation of NOS. The decrease of enzyme activity, presented in some spinal cord regions after 3h of reperfusion appears to be transient, and, a rebound effect associated with 1d of reperfusion was noted. The NOS activity returned to controls and in dorsal horn, dorsal, lateral and ventral columns non-significantly exceded control values. A transient increase of NOS activity was found in all above mentioned spinal cord regions of animals subjected to ischemia and 1 day reperfusion when the results were compared to ischemia and 3h of reperfusion. Prolonged, 4 days reperfusion did not induce significant changes in gray matter regions. However, significant changes in NOS activity were noted during longer time of reperfusion in all white matter regions. It is known that the mechanism of Ca2+ influx in the white matter is different from that in the gray matter, where ischemia-induced Ca2+ influx occurs via glutamate activation of NMDA receptor channels and, perhaps to a lesser extent, by voltage-gated Ca2+ channels (20). These two models of Ca2+ entry do not appear to operate in the white matter, where ischemia-induced Ca2+ entry across axolemma at the nodes of Ranvier is modulated by altering the rate and detection of the Na+-Ca2+ exchanger (21). It seems possible that a different regulation of ion channels which affect the excitatory or the inhibitory response of different spinal cord neurons may play a role in the regional differences of NO production. Moreover, heterogeneous release of FFAs during ischemia/reperfusion injury, mainly arachidonic acid (AA), from the gray and white matter regions of the spinal cord (22 ) may play a profound role in regional-dependent modifiability of NOS activity. As shown previously, AA can strongly enhance the activity of Ca2+-dependent enzymes, including NOS upregulation in the cultured spinal cord neurons (23). We can conclude that transient ischemia used in the current study is sublethal but seems to be strong enough to induce NO-mediated neurotoxicity. Because of the pattern of neurological deficit (classified as degree 2,3

or 4) in animals subjected to 13 min ischemia and subsequent reperfusions varied with regard to the changes of NOS activity, there is the possibility that the application of efficient drugs should positively modify the negative influence of 13 min ischemia and subsequent reperfusions.

Supported by by the VEGA Grants No. 2/2079/22, 2/3217/23 from the SAS and STAA Grant No. 51-013002.

References 1. Dawson TM, Dawson VL, Snyder SH. Ann Neurol, 1992; 32: 297–311. 2. Maršala J, Kluchová D, Maršala M. Exp Neurol, 1997; 145: 165–179. 3. Lukáčová N, Čížková D, Maršala M, Pavel J, Jalč P, Šulla I, Kafka J, Maršala J. Neurochem Res, 2000; 25, 2000,:1139-1148. 4. Pavel J, Lukáčová N, Maršala J, Maršala M. Neurochem Res 2001; 26: 831–837. 5. Lukáčová N, Čížková D, Križanová O, Pavel J, Maršala M, Maršala J. J Neurosci Res, 2003; 71: 300–313. 6. Iadecola C. Trends Neurosci, 1997; 20: 132–139. 7. Blot S, Arnal JF, Xu Y, Gray F, Michell JB. Stroke, 1994; 25: 1666–1673. 8. De Haan P, Vanický I, Jacobs MJHM, Bakkler O, Lips J, Meylaerts SAG, Kalkman CJ. J Thorac Cardiovasc Surg, 2000; 120: 513–519. 9. Bredt DS, Snyder SH. Proc Natl Acad Sci USA, 1990; 87: 682–685. 10. Bradford MM. Anal Biochem, 1976; 72: 248–254. 11. Maršala J, Šulla I, Šanta M, Maršala M, Mechírová E, Jalč P. Neurosci. Lett. 1989; 106: 83–88. 12. Maršala J, Šulla I, Šanta M, Maršala M, Zachariáš L, Radoňák J. Neuroscience 1991; 45: 479–494. 13. Valtschanoff JG, Weinberg RJ, Rustioni A. J Comp Neurol 1992; 321: 209–222. 14. Worley PF, Baraban ZM, Colvin JS, Snyder SH. Nature 1987; 325: 159–161. 15. Cao W, Carney JM, Duchon A, Floyd RA, Chevton M. Neurosci Lett 1988; 88: 233–238. 16. Kozinková M, Liška B, Brechtlová M, Pecháň I. Psychiatrie 2001; 5(Suppl. 2): 62–63. 17. Kuračka Ľ, Liška B, Brechtlová M. Psychiatrie 2001; 5(Suppl. 2): 68–69. 18. Liška B, Brechtlová M, Kozinková M, Kuračka Ľ. Psychiatrie 2001; Suppl. 2: 70–71. 19. Savolainen H. Res Commun Chem Pathol Pharmacol 1978; 21: 173–175. 20. Choi DW. Trends Neurosci 1988; 11: 465–469. 21. Stys PK, Waxman SG, Ransom BR. J Neurosci 1992; 12: 430–439. 22. Halát G, Lukáčová N, Chavko M, Maršala J. Gen Physiol Biophys1987; 6: 387–299. 23. Toborek M, Garrido R, Malecki A, Kaiser S, Mattson MP, Hennig B, Young B. Exp Neurol 2000; 161: 609–620.

NEUROPROTEKTIVNÍ PEPTIDY SE VZTAHEM K ALZHEIMEROVĚ NEMOCI NEUROPROTECTIVE PEPTIDES RELATED TO ALZHEIMER’S DISEASE Slaninová Jiřinaa, Patočka Jiříb aÚstav organické chemie a biochemie, Akademie věd České republiky, Praha, bKatedra toxikologie, Vojenská lékařská akademie, Hradec Králové a Katedra radiologie, Zdravotně sociální fakulta Jihočeské univerzity, České Budějovice, Souhrn Ústřední změnou při Alzheimerově chorobě (AD) je, krom výskytu neuritických plaků a neurofibrilárních klubíček, výrazná a postupující ztráta neuronů. Vzhledem k různým teoriím týkajících se bezprostředních příčin vzniku AD, které byly během posledních let formulovány, jsou zkoumány látky rozličného charakteru, které by chránily neurony před zánikem, např. inhibitory acetylcholin esterasy, cholesterol snižující látky, inhibitory proteolytických enzymů, protizánětlivé substance atd. V tomto článku se zaměříme na látky peptidového charakteru, jako jsou inhibitory proteáz, vasoaktivní intestinální polypeptid (VIP), pituitární adenylát cyklázu aktivující polypeptid (PACAP), aktivitně závislý neurotropní faktor (ADNF) a jeho fragmenty, insulinu podobný růstový hormon I (IGF-I) a jeho des(1-3)IGF-I fragment, základní fibroblastový růstový faktor (bFGF), humanin a rattin.

Klíčová slova: Alzheimerova nemoc, inhibitory caspásy 3, vasoaktivní intestinální polypeptid (VIP), pituitární adenylát cyklázu aktivující polypeptid (PACAP), aktivitně závislý neurotropní peptid (ADNP); insulinu podobný růstový hormon I (IGF-I), základní fibroblastový růstový faktor (bFGF), humanin, rattin Summary Central change at Alzheimer´s disease (AD) represents, except of formation of amyloid plaques and neurofibrillary tangles, huge and progressive loss of neurons. With regard to several theories formulated recently concerning the eminent impuls to the development of AD, several types of substances are being tested for neuroprotective activity, such as inhibitors of acetylcholin esterase, cholesterol synthesis reducing substances, inhibitors of proteolytic enzymes and antiinflamatory agents. This article is devoted to substances of peptidic nature, such as inhibitors of proteases, vasoactive intestinal polypeptide (VIP), pituitary adenylate cyclase activating polypeptide (PACAP), activity dependent neurotrophic peptides (ADNP), insulin-like growth hormon I (IGF-I) and his des(1-3)IGF-I fragment, basic fibroblast growth factor, humanin and rattin. Key words: Alzheimer´s disease, Neuroprotection, Caspase 3 inhibitors, Vasoactive Intestinal Polypeptide (VIP), Pituitary Adenylate Cyclase Activating Polypeptide (PACAP), Activity Dependent Neurotrophic Factor (ADNF), Insulin-like Growth Hormon I (IGF-I), Basic Fibroblast Growth Factor (bFGF), Humanin, Rattin Úvod Alzheimerova nemoc (AD) je v současnosti strašákem zdravotních pojišťoven na celém světě. S prodlužující se délkou života se toto neurodegenerativní onemocnění stává stále častějším a u lidí starších 85ti let jí trpí více než 47 %. Velké finanční prostředky jsou v současnosti věnovány na výzkum této choroby s cílem získat účinné látky k zabránění jejímu vzniku či k jejímu léčení. Ústřední změnou při Alzheimerově chorobě je, krom výskytu neuritických plaků a neurofibrilárních klubek, výrazná a postupující ztráta neuronů. Nesmírně důležité je proto objasnění příčiny odumírání neuronů. Vypadá to, že vícero metabolických cest může vést ke smrti neuronů. Je-li simultánně aktivováno více nezávislých cest způsobujících smrt nervových buněk, pak je jejich potlačení komplikovanější a jednotlivé látky nejsou zcela účinné. Vzhledem k různým teoriím původu AD, které byly během posledních let formulovány, jsou zkoumány pro neuroprotektivitu látky rozličného charakteru, např. inhibitory acetylcholinesterasy, cholesterol snižující látky, inhibitory proteolytických enzymů, protizánětlivé substance atd. V tomto článku se zaměříme na látky peptidového charakteru. Testy, které se používají na zkoumání neuroprotektivní potence látek, jsou většinou in vitro a používá se nesmrtelných linií nervových buněk, zejména PC 12, F11, NMB, NK1 a dalších, a to nemodifikovaných nebo modifikovaných tak, že mají stabilně exprimovaný gen pro protein či polypeptid, které jsou známy jako příčiny AD. Jde např. o geny mutovaného APP či PS1 nebo PS2. Dále jsou používány obohacené kultury primárních neuronů. Vypracovány jsou testy na myších, normálních nebo takových, které jsou geneticky transformovány tak, že u nich dochází k rychlejšímu stárnutí, poruchám paměti či orientace, tj. znakům, které jsou charakteristické pro AD u lidí. Těmto myším jsou pak i.c.v. nebo i.p. podávány zkoumané látky a sledována jejich výkonnost v definovaných behaviorálních testech. Peptidové inhibitory proteáz Zatím byly úspěšně otestovány inhibitory kaspásy 3. Tento enzym je proteáza ze skupiny interleukin 1-beta konvertujících enzymů, která je aktivována při vystavení neuronů působení amyloidních b-peptidů (Abeta). Na bázi peptidů připravené inhibitory chrání mozek před mírnými ischemickými zraněními a zlepšují neurologické poruchy. Jsou to např. N-benzyloxycarbonyl Val-Ala-Asp(OMe)-fluoromethylketon, AcetylTyr-Val-Ala-Asp-chorometylketon či N-benzyloxycarbonyl-Asp(OMe)-Glu(OMe)-ValAsp(OMe)-fluoromethylketon. Hormony, neurohormony a trofické faktory Transformující růstový faktor TGF-1 souvisí s abnormální akumulací Abeta při AD, která je spojena s markantním zánětem v mozku. Dříve se myslelo, ze tento zánět je zhoubný. Současné výzkumy (Golde TE, 2002) však ukazují na to, že přinejmenším některé zánětlivé procesy jsou prospěšné a vedou k odstraňování Abeta. Např. nadprodukce trasformujícího růstového faktoru TGF-1beta vede k 50ti procentní redukci kumulace Abeta. Produkty aktivace komplementu mohou chránit před působením Abeta a redukují akumulaci ci urychlují odtraňování amyloidu a degenerujících neuronů. Inhibice aktivace komplementu vede

k urychleni degenerace vlivem Abeta. PACAP-38 (Onoue S, et al., 2002) a VIP působí proti uvolňování chemokinů. Zvyšují proliferaci neuroblastomových buněk v kultuře pravděpodobně současně s inhibicí neutrální endopeptidásy. Aktivitně dependentní neurotropní peptidy jsou odvozené od tzv. aktivitně závislého neurotropního faktoru (ADNF, 14 kD), který mocně chrání neurony před smrtí. Jeho fragmenty, 14ti peptid VLGGGSALLRSIPA, 9ti peptid SALLRSIPA či 8mi peptid NAPVSIPGQ (tzv NAP peptid), chrání neurony již ve femtomolárních koncentracích (Brenneman DE. et al, 2002). Bylo zjištěno, že zvyšují expresi „heat shock“ proteinu 60, zatímco Abeta syntézu tohoto proteinu inhibuje. Insulinu podobný růstový faktor I (IGF-I) působí neuroprotektivně přes své receptory IGF-IR. Stejně aktivní je taktéž jeho des(1-3)IGF-I fragment (Niikura T. et al, 2001, 2002). Tzv. Basic fibroblast growth factor působí přes PI-3 kinásu a Act kinásu (Niikura T. et al, 2002). Cortistatin (CTS) patří do nové skupiny růstových faktorů nazvané neureguliny (NRGs), jejichž receptory se nazývají erbBs. Tyto látky údajně hrají významnou úlohu při růstu a rozvoji tzv. Schwannových buněk, oligodendrocytů, a astrocytů, buněk které jsou nesmírně významné pro tvorbu a udržení synapsí a pro nervový přenos. Jedním z představitelů je ARIA - polypeptid isolovaný z kuřecích mozků na bási jeho schopnosti stimulovat syntézu svalových acetylcholinergních receptorů. Predikovaná aminokyselinová sekvence napovídá, že ARIA je syntetisován jako transmembranový prekursor a že je členem skupiny ligandů, které aktivují receptorovou tyrosin kinázu vztahující se k receptoru epidermálního růstového faktoru (Chaudhury AR, et al., 2003). Corticoliberin (Corticotropin-releasing hormone, CRH), 41-peptid amid, působí neuroprotektivně přes Gs a zvyšuje koncentraci cAMP, Melanin koncentrující hormon (MCH) je cyklický 19ti peptid, je to regulátor energetické rovnováhy a tělesné hmotnosti. Ze stejného prekursoru jako MCH vznikají další důležité peptidy, neuropeptid E-I a neuropeptid G-E. Humanin Humanin, 24-peptid o struktuře Met-Ala-Pro-Arg-Gly-Phe-Ser-Cys-Leu-Leu-Leu-Leu-Thr-Ser-Glu-IleAsp-Leu-Pro-Val-Lys-Arg-Arg-Ala, poprvé publikovaný před 3 lety (Hashimoto Y. et al. 2001), potlačuje cytotoxicitu způsobenou Abeta a dalšími stimuly in vitro v koncentracích mikromolárních (nepůsobí však v případě prionu 106-126, glutamátu atd.). Nejnovější práce již formulují hypotézy o mechanismu jeho účinku, publikují strukturu sekvence tzv. aktivního jádra peptidu (Pro3-Pro19) a strukturu hyperaktivních analogů, např. analogu [Ala4,Ala6, D-Ser14]humanin3-19, které vykazují in vitro účinek v koncentracích o čtyři řády nižších než původně objevená a isolovaná látka. Humanin jednak inhibuje potenciaci JNK, jednak může indukovat fosfatásy, které potenciálně inhibují konstitučně aktivní JNK. Positivní účinek na kognitivní funkce byl prokázán i po jeho i.c.v podání potkanům. Humanin svoji strukturou upomíná na signální sekvence proteinů, N-koncové extenze, které se vyznačují: positivně nabitým N-koncem, centrální hydrofobní oblastí a polárnější C-koncovou oblastí, která končí štěpícím místem pro signální peptidásu. Gly14-analog humaninu zlepšoval učení a paměť i in vivo (Mamiya T a Ukai M, 2001). Rattin Krysí gen nazvaný Rattin (Caricasole et al. 2002), koduje 38mi peptid vykazující 73% identitu s konservovanou oblastí humaninu. Celý peptid Rattin i jeho 1-25 fragment jsou stejně účinné jako humanin v ochraně potkanních a myších kultivovaných kortikálních neuronů proti toxicitě způsobované Abeta. Nadto Rattin chrání neurony i proti působením excitotoxických látek (NMDA). Rattin a jeho kratší fragmenty jsou protektivní nejen jsou-li aplikovány zároveň s NMDA, ale i když jsou aplikovány do kultury po NMDA pulsu. Avšak ani Rattin ani Humanin neovlivňují apoptosu neuronů indukovanou nedostatkem trofických faktorů v kultuře cerebelárních granulomových buněk extracellulárním draslíkem. Rattin je tedy prototypem nové třídy peptidů, phylogeneticky příbuzných Humaninu, obdařených protektivní activitou nejen proti Abeta, ale také vůči excitotoxické neuronální smrti. Výzkum Rattinu může pomoci při vývoji nové strategie farmakologického zvýšení exprese přirozených humaninu-podobných látek. Chimérní polypeptidy Peptidy jako léčiva jsou problematická v tom, že špatně procházejí hematoencefalickou barierou (BBB). Jejich přestup lze zvýšit tím, že sestavíme chiméry těchto peptidů s transportními vektory. Transportní vektor je peptid nebo peptidomimetická monoklonální protilátka, které podléhají receptorem zprostředkovanému přechodu přes BBB a působí tedy jako jakýsi molekulární trojští koně. Ukázalo se, že např.takovéto chiméry s neurotrofinem jsou vysoce neuroprotektivní i po intravenosní aplikaci. Neurony mající na svém povrchu receptor pro neurotrofin, tzv p75neurotrofin receptor, jsou totiž náchylnější

k poškození Abeta, protože Abeta s tímto receptorem interaguje, aktivují se caspásy 8 a 3, dochází k oxidativnímu stresu a tvorbě intermediátů s reaktivním kyslíkem (Kawasumi et al, 2002). Fuzní protein PTD-FNK sestávající z protein transdukční jednotky (PTD) z HIV/Tat proteinu a antiapoptotického faktoru z rodiny Bcl-2, interaguje s apoptotickým receptorem, který je asi umístěn na mitochondriích a reguluje uvolňování cytochromu c. Chrání před smrtí buňky vystavené oxidativnímu stresu, kalciovým ionoforům, nedostatku růstových faktorů, staurosporinu, teplu, ischemii a 6-hydroxy dopaminu. FNK je modifikovaný Bcl-xL, který nemá fosforylační místa, která by ho inaktivovala (tři záměny aminokyselin). Podobným takovým proteinem může být neuroprotektivní protein HSP70. Fragmenty Apolipoproteinu E (apoE) ApoE je 34-kD veliký protein s vícenásobným účinkem v organismu. Bylo ukázáno, že lidský rekombinantní apoE poskytuje mírnou neuroprotektivitu primárním neuronalgliálním kulturám buněk vystaveným účinku NMDA. Nadto peptid odpovídající oblasti interagující s receptorem (aminokyselinové zbytky 133-149) má helikální charakter a plně potlačuje smrt neuronů po exposici NMDA. Neuroprotektivita byla nejvyšší, byl-li peptid podán současně s NMDA. Závěr Peptidy odpovídající aktivním částem neuroprotektivních proteinů mívají zvýšenu biodostupnost ve srovnání s intaktním holoproteinem a mohou representovat novou terapeutickou strategii cílenou k ochraně či náhradě jednotlivých neuronů excitovaných různými neurotransmitery. Podpořeno grantovým projektem GAČR 305/03/1100 RNDr. Jiřina Slaninová, CSc. Ústav organické chemie a biochemie Akademie věd České republiky 166 10 Praha 6 e-mail: [email protected] Literatura Brenneman DE, Hauser JM, Spong C, Phillips TM, Chemokine release is associated with the protective action of PACAP-38 against HIV envelope protein neurotoxicity. Neuropeptides 2002; 36: 271–280. Caricasole A, Bruno V, Cappuccio I, Melchiorri D, Copani A, Nicoletti F. A novel rat gene encoding a Humanin-like peptide endowed with broad neuroprotective activity. FASEB J., 2002; 16: 1331–1333. Chaudhury AR, Gerecke KM, Wyss JM, Morgan DG, Gordon MN, Carroll SL, Neuregulin-1 and erbB4 immunoreactivity is associated with neuritic plaques in Alzheimers disease brain and in a transgenic model of Alzheimer disease. J Neuropathol Exp Neurol 2003; 62: 42–54. Golde TE. Inflamation takes on Alzheimers disease , Nature Medicine, 2002; 8: 936–938. Hashimoto Y, Niikura T, Tgima H, Yasukawa T, Sudo H, Ito Y, Kita Y, Kawasumi M, Kouyama K, Doyu M, Sobue G, Koide T, Tsuji S, Lang J, Kurokawa K, Nishimoto I. A rescue factor abolishing neuronal cell death by a wide spectrum of familial Alzheimers disease genes and aâ. PNAS 2001; 98: 6336–6341. Mamiya T, Ukai M. [Gly14]-Humanin improved the learning and memory impairment induced by scopolamin in vivo. Br J Pharmacol 2001; 134: 1597–1599. Kawasumi M, Hashimoto Y, Chiba T, Kanekura K,Yamagishi Y, Ishizaka M, Tajima H, Niikura T, Nishimoto I. Molecular mechanisms for neuronal cell death by Alzheimers amyloid precursor proteinrelevant insults, Neurosignals, 2002; 11: 236–250. Onoue S, Endo K, Ohshima K, Yajima T, Kashimoto K. The neuropeptide PACAP attenuates beta-amyloid (1-42)- induced toxicity in PC12 cells, Peptides 2002; 23: 1471–1478. Niikura T, Hashimoto Y, Tajima H, Nishimoto I. Death and survival of neuronal cells exposed to Alzheimers insults, J Neurosci Res 2002; 70: 380–391. Niikura T, Hashimoto Y, Okamoto T, Abe Y, Yasukawa T, Kawasumi M, Hiraki T, Kita Y, Terashita K, Kouyama K, Nishimoto I. Insuin-like growth factor I (IGF I) protects cells from Apoptosis by Alzheimer’s V642I mutant amyoid precursor protein through IGF-I receptor in an IGF-binding protein sensitive manner. J Neurosci, 2001; 21: 1902–1910.