Published January 20, 2021 | Version v1
Publication Open

Drug-Resistant Temporal Lobe Epilepsy Alters the Expression and Functional Coupling to Gαi/o Proteins of CB1 and CB2 Receptors in the Microvasculature of the Human Brain

Creators

  • 1. Centro de Investigación en Materiales Avanzados
  • 2. Mexican Social Security Institute
  • 3. Centro Medico Nacional Siglo XXI
  • 4. Hospital de Especialidades
  • 5. Universidad Nacional Autónoma de México
  • 6. Instituto Nacional de Neurología y Neurocirugía
  • 7. HUN-REN Szegedi Biológiai Kutatóközpont
  • 8. Institute of Biophysics
  • 9. Hungarian Academy of Sciences

Description

Cannabinoid receptors 1 and 2 (CB1 and CB2, respectively) play an important role in maintaining the integrity of the blood–brain barrier (BBB). On the other hand, BBB dysfunction is a common feature in drug-resistant epilepsy. The focus of the present study was to characterize protein expression levels and Gαi/o protein-induced activation by CB1 and CB2 receptors in the microvascular endothelial cells (MECs) isolated from the brain of patients with drug-resistant mesial temporal lobe epilepsy (DR-MTLE). MECs were isolated from the hippocampus and temporal neocortex of 12 patients with DR-MTLE and 12 non-epileptic autopsies. Immunofluorescence experiments were carried out to determine the localization of CB1 and CB2 receptors in the different cell elements of MECs. Protein expression levels of CB1 and CB2 receptors were determined by Western blot experiments. [ 35 S]-GTPγS binding assay was used to evaluate the Gαi/o protein activation induced by specific agonists. Immunofluorescent double-labeling showed that CB1 and CB2 receptors colocalize with tight junction proteins (claudin-5, occludin, and zonula occludens-1), glial fibrillary acidic protein and platelet-derived growth factor receptor-β. These results support that CB1 and CB2 receptors are expressed in the human isolated microvessels fragments consisting of MECs, astrocyte end feet, and pericytes. The hippocampal microvasculature of patients with DR-MTLE presented lower protein expression of CB1 and CB2 receptors (66 and 43%, respectively; p < 0.001). However, its Gαi/o protein activation was with high efficiency (CB1, 251%, p < 0.0008; CB2, 255%, p < 0.0001). Microvasculature of temporal neocortex presented protein overexpression of CB1 and CB2 receptors (35 and 41%, respectively; p < 0.01). Their coupled Gαi/o protein activation was with higher efficiency for CB1 receptors (103%, p < 0.006), but lower potency ( p < 0.004) for CB2 receptors. The present study revealed opposite changes in the protein expression of CB1 and CB2 receptors when hippocampus (diminished expression of CB1 and CB2) and temporal neocortex (increased expression of CB1 and CB2) were compared. However, the exposure to specific CB1 and CB2 agonists results in high efficiency for activation of coupled Gαi/o proteins in the brain microvasculature of patients with DR-MTLE. CB1 and CB2 receptors with high efficiency could represent a therapeutic target to maintain the integrity of the BBB in patients with DR-MTLE.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تلعب مستقبلات القنب 1 و 2 (CB1 و CB2، على التوالي) دورًا مهمًا في الحفاظ على سلامة الحاجز الدموي الدماغي (BBB). من ناحية أخرى، يعد خلل BBB سمة شائعة في الصرع المقاوم للأدوية. كان تركيز هذه الدراسة على توصيف مستويات التعبير البروتيني والتنشيط الناجم عن البروتين Gαi/o بواسطة مستقبلات CB1 و CB2 في الخلايا البطانية الوعائية الدقيقة (MECs) المعزولة عن دماغ المرضى الذين يعانون من صرع الفص الصدغي الإنسي المقاوم للأدوية (DR - MTLE). تم عزل MECs من الحصين والقشرة المخية الحديثة الصدغية لـ 12 مريضًا يعانون من DR - MTLE و 12 تشريحًا غير صرع. تم إجراء تجارب التألق المناعي لتحديد موضع مستقبلات CB1 و CB2 في عناصر الخلايا المختلفة في MECs. تم تحديد مستويات التعبير عن البروتين لمستقبلات CB1 و CB2 من خلال تجارب البقعة الغربية. [ 35 S]- تم استخدام اختبار ربط GTPγS لتقييم تنشيط البروتين Gαi/o الناجم عن ناهضات محددة. أظهرت العلامات المزدوجة للفلورسنت المناعي أن مستقبلات CB1 و CB2 تتجمع مع بروتينات تقاطع ضيقة (كلودين-5، كلوكلودين، ونطاق انسداد -1)، والبروتين الحمضي الليفي الدبقي ومستقبلات عامل النمو المشتقة من الصفائح الدموية - β. تدعم هذه النتائج أن مستقبلات CB1 و CB2 يتم التعبير عنها في شظايا الأوعية الدقيقة البشرية المعزولة التي تتكون من MECs وأقدام نهاية الخلايا النجمية والخلايا المحيطية. قدمت الأوعية الدموية الدقيقة في الحصين للمرضى الذين يعانون من DR - MTLE تعبيرًا بروتينيًا أقل لمستقبلات CB1 و CB2 (66 و 43 ٪ على التوالي ؛ p < 0.001). ومع ذلك، كان تنشيط البروتين Gαi/o بكفاءة عالية (CB1، 251 ٪، p < 0.0008 ؛ CB2، 255 ٪، p < 0.0001). قدمت الأوعية الدموية الدقيقة للقشرة المخية الحديثة الصدغية إفراطًا في التعبير عن البروتين لمستقبلات CB1 و CB2 (35 و 41 ٪ على التوالي ؛ p < 0.01). كان تنشيط البروتين Gαi/o المقترن مع كفاءة أعلى لمستقبلات CB1 (103 ٪، p < 0.006)، ولكن أقل فعالية ( p < 0.004) لمستقبلات CB2. كشفت الدراسة الحالية عن تغيرات معاكسة في التعبير البروتيني لمستقبلات CB1 و CB2 عند مقارنة الحصين (انخفاض التعبير عن CB1 و CB2) والقشرة المخية الحديثة الزمنية (زيادة التعبير عن CB1 و CB2). ومع ذلك، فإن التعرض لمنبهات CB1 و CB2 المحددة يؤدي إلى كفاءة عالية لتنشيط بروتينات Gαi/o المقترنة في الأوعية الدموية الدقيقة في الدماغ للمرضى الذين يعانون من DR - MTLE. يمكن أن تمثل مستقبلات CB1 و CB2 ذات الكفاءة العالية هدفًا علاجيًا للحفاظ على سلامة BBB في المرضى الذين يعانون من DR - MTLE.

Translated Description (French)

Les récepteurs cannabinoïdes 1 et 2 (CB1 et CB2, respectivement) jouent un rôle important dans le maintien de l'intégrité de la barrière hémato-encéphalique (BHE). D'autre part, le dysfonctionnement de la BHE est une caractéristique courante de l'épilepsie pharmacorésistante. L'objectif de la présente étude était de caractériser les niveaux d'expression des protéines et l'activation induite par les protéines Gαi/o par les récepteurs CB1 et CB2 dans les cellules endothéliales microvasculaires (mec) isolées du cerveau de patients atteints d'épilepsie du lobe temporal mésial résistante aux médicaments (DR-MTLE). Les CEM ont été isolées à partir de l'hippocampe et du néocortex temporal de 12 patients atteints de DR-MTLE et de 12 autopsies non épileptiques. Des expériences d'immunofluorescence ont été réalisées pour déterminer la localisation des récepteurs CB1 et CB2 dans les différents éléments cellulaires des mec. Les niveaux d'expression protéique des récepteurs CB1 et CB2 ont été déterminés par des expériences de Western blot. Le test de liaison [ 35 S] -GTPγS a été utilisé pour évaluer l'activation de la protéine Gαi/o induite par des agonistes spécifiques. Le double marquage immunofluorescent a montré que les récepteurs CB1 et CB2 se colocalisent avec les protéines de jonction serrées (claudine-5, occludine et zonula occludens-1), la protéine acide fibrillaire gliale et le récepteur β du facteur de croissance dérivé des plaquettes. Ces résultats confirment que les récepteurs CB1 et CB2 sont exprimés dans les fragments de microvaisseaux humains isolés constitués de mec, de pieds terminaux astrocytaires et de péricytes. La microvascularisation hippocampique des patients atteints de DR-MTLE présentait une expression protéique plus faible des récepteurs CB1 et CB2 (66 et 43 %, respectivement ; p < 0,001). Cependant, son activation des protéines Gαi/o était très efficace (CB1, 251 %, p < 0,0008 ; CB2, 255 %, p < 0,0001). La microvasculature du néocortex temporal présentait une surexpression protéique des récepteurs CB1 et CB2 (35 et 41 %, respectivement ; p < 0,01). Leur activation de la protéine Gαi/o couplée était plus efficace pour les récepteurs CB1 (103 %, p < 0,006), mais moins puissante ( p < 0,004) pour les récepteurs CB2. La présente étude a révélé des changements opposés dans l'expression protéique des récepteurs CB1 et CB2 lorsque l'hippocampe (expression diminuée de CB1 et CB2) et le néocortex temporal (expression accrue de CB1 et CB2) ont été comparés. Cependant, l'exposition à des agonistes CB1 et CB2 spécifiques entraîne une grande efficacité pour l'activation des protéines Gαi/o couplées dans la microvasculature cérébrale des patients atteints de DR-MTLE. Les récepteurs CB1 et CB2 avec une grande efficacité pourraient représenter une cible thérapeutique pour maintenir l'intégrité de la BHE chez les patients atteints de DR-MTLE.

Translated Description (Spanish)

Los receptores cannabinoides 1 y 2 (CB1 y CB2, respectivamente) desempeñan un papel importante en el mantenimiento de la integridad de la barrera hematoencefálica (BHE). Por otro lado, la disfunción de la barrera hematoencefálica es una característica común en la epilepsia resistente a los medicamentos. El objetivo del presente estudio fue caracterizar los niveles de expresión de proteínas y la activación inducida por la proteína Gαi/o por los receptores CB1 y CB2 en las células endoteliales microvasculares (mec) aisladas del cerebro de pacientes con epilepsia del lóbulo temporal mesial resistente a los medicamentos (DR-MTLE). Las MEC se aislaron del hipocampo y el neocórtex temporal de 12 pacientes con DR-MTLE y 12 autopsias no epilépticas. Se llevaron a cabo experimentos de inmunofluorescencia para determinar la localización de los receptores CB1 y CB2 en los diferentes elementos celulares de las MEC. Los niveles de expresión de proteínas de los receptores CB1 y CB2 se determinaron mediante experimentos de transferencia Western. Se utilizó el ensayo de unión [ 35 S]-GTPγS para evaluar la activación de la proteína Gαi/o inducida por agonistas específicos. El doble marcaje inmunofluorescente mostró que los receptores CB1 y CB2 se colocalizan con proteínas de unión estrecha (claudina-5, ocludina y zonula ocludens-1), proteína ácida fibrilar glial y receptor del factor de crecimiento derivado de plaquetas-β. Estos resultados respaldan que los receptores CB1 y CB2 se expresan en los fragmentos de microvasos aislados humanos que consisten en MEC, patas terminales de astrocitos y pericitos. La microvasculatura del hipocampo de pacientes con DR-MTLE presentó una menor expresión proteica de los receptores CB1 y CB2 (66 y 43%, respectivamente; p & lt; 0,001). Sin embargo, su activación de la proteína Gαi/o fue con alta eficiencia (CB1, 251%, p & lt; 0.0008; CB2, 255%, p & lt; 0.0001). La microvasculatura del neocórtex temporal presentó sobreexpresión proteica de los receptores CB1 y CB2 (35 y 41%, respectivamente; p & lt; 0.01). Su activación de la proteína Gαi/o acoplada fue con mayor eficiencia para los receptores CB1 (103%, p & lt; 0.006), pero menor potencia ( p & lt; 0.004) para los receptores CB2. El presente estudio reveló cambios opuestos en la expresión proteica de los receptores CB1 y CB2 cuando se compararon el hipocampo (expresión disminuida de CB1 y CB2) y el neocórtex temporal (aumento de la expresión de CB1 y CB2). Sin embargo, la exposición a agonistas CB1 y CB2 específicos da como resultado una alta eficiencia para la activación de proteínas Gαi/o acopladas en la microvasculatura cerebral de pacientes con DR-MTLE. Los receptores CB1 y CB2 con alta eficiencia podrían representar una diana terapéutica para mantener la integridad de la BHE en pacientes con DR-MTLE.

Files

pdf.pdf

Files (2.4 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:e59cfde16cf7efca95e08da347a85277
2.4 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
يغير صرع الفص الصدغي المقاوم للأدوية التعبير والاقتران الوظيفي ببروتينات Gαi/o لمستقبلات CB1 و CB2 في الأوعية الدموية الدقيقة للدماغ البشري
Translated title (French)
L'épilepsie du lobe temporal résistante aux médicaments modifie l'expression et le couplage fonctionnel aux protéines Gαi/o des récepteurs CB1 et CB2 dans la microvasculature du cerveau humain
Translated title (Spanish)
La epilepsia del lóbulo temporal resistente a los medicamentos altera la expresión y el acoplamiento funcional a las proteínas Gαi/o de los receptores CB1 y CB2 en la microvasculatura del cerebro humano

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3122120503
DOI
10.3389/fnbeh.2020.611780

Is supplement to
https://openalex.org/W2928912053 (Other)
https://openalex.org/W2340910397 (Other)
https://openalex.org/W2168111104 (Other)
https://openalex.org/W2130261677 (Other)
https://openalex.org/W2123587922 (Other)
https://openalex.org/W2103475347 (Other)
https://openalex.org/W2070592640 (Other)
https://openalex.org/W2038107480 (Other)
https://openalex.org/W2002785222 (Other)
https://openalex.org/W1939978227 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Mexico

References

  • https://openalex.org/W1547884992
  • https://openalex.org/W1560651537
  • https://openalex.org/W1785816120
  • https://openalex.org/W1981984722
  • https://openalex.org/W1996574563
  • https://openalex.org/W2015943785
  • https://openalex.org/W2020520223
  • https://openalex.org/W2041130738
  • https://openalex.org/W2050827038
  • https://openalex.org/W2056188558
  • https://openalex.org/W2056754961
  • https://openalex.org/W2070194440
  • https://openalex.org/W2070287777
  • https://openalex.org/W2075894678
  • https://openalex.org/W2078746080
  • https://openalex.org/W2083034526
  • https://openalex.org/W2101241607
  • https://openalex.org/W2123399227
  • https://openalex.org/W2133395047
  • https://openalex.org/W2136160086
  • https://openalex.org/W2148992136
  • https://openalex.org/W2151136069
  • https://openalex.org/W2151517122
  • https://openalex.org/W2218595127
  • https://openalex.org/W2294102569
  • https://openalex.org/W2413609753
  • https://openalex.org/W2522354149
  • https://openalex.org/W2766660569
  • https://openalex.org/W2803734860
  • https://openalex.org/W2890765873
  • https://openalex.org/W3001231889
  • https://openalex.org/W3023279797
  • https://openalex.org/W3035678267
  • https://openalex.org/W3048992810
  • https://openalex.org/W3087710178
  • https://openalex.org/W4252167161