Effects of iron and oxidative stress in SK-N-SH dopaminergic neuroblastoma cells : model of Parkinson's disease

ผลกระทบของเหล็กและ Oxidative stress ในเซลล์ประสาทโดปามีน SK-N-SH แบบจำลองของโรคพาร์กินสัน

Name: Patcharee Koonchumchoo

MeSH: Antioxidants

MeSH: Deferoxamine

MeSH: Iron

MeSH: Oxidative Stress

MeSH: Neuroblastoma

MeSH: Parkinson Disease

Abstract: Parkinson’s disease is one of the progressive neurodegenerative diseases, which is caused by an abnormal accumulation of iron in the affected brain areas. Parkinson’s disease involves in the degeneration of dopaminergic neurons. Oxidative stress and transition metal, iron, have been linked to the Parkinson’s disease pathogenesis. However, it is difficult to determine if oxidative stress is a cause or consequence of the degeneration process. By using SK-N-SH, a human dopaminergic neuroblastoma cell line, it was found that 100-250 μM FeSO4 decreased cell viability, induced reactive oxygen species (ROS) production, and increased lipid peroxidation. These effects were reduced by 10 μM deferoxamine (DFO). Simultaneously, glutathione and metallothionein levels were increased in order to counteract the toxicity effects of FeSO4. Furthermore, DFO, in the absence of FeSO4, enhanced the levels of cellular adenosine triphosphate (ATP), but caused cell damage, chromatin condensation, and cell death. Morphological study revealed that FeSO4 (50-100 μM) altered mitochondrial morphology, disrupted the nuclear membrane, and translocated α- synuclein from the perinuclear region into the disrupted nucleus. Moreover, FeSO4 (100 μM) increased the transcription factor, NF-κB, levels and induced the activation of caspase-3 activity. Apoptotic protein studies showed a decrease in anti-apototic Bcl2 protein levels, but not pro-apoptotic Bax protein levels. The results of these studies suggest that excess FeSO4 produces numerous reactive oxygen species that counteract with increased glutathione and metallothionein levels. These changes produce an oxidative stress environment, damaging the cells by disrupting mitochondrial functions, decreasing ATP, including lipid, protein, and DNA damage. DFO, an iron chelator, was able to reduce and attenuate iron-mediated oxidative stress. Unfortunately, in the absence of excess FeSO4, DFO itself had deleterious effects on the cell morphology and hence integrity of dopaminergic neurons. Moreover, FeSO4 caused cell death by increasing NF-κB levels, decreasing Bcl2 levels, and increasing caspase-3 activity. These results indicate that oxidative stress induced by FeSO4 lead to cell damage and cell death via the apoptotic pathway.

Abstract: ปริมาณของเหล็กอิสระที่มีมากผิดปกติ เป็นอาการบ่งชี้อย่างหนึ่งถึงความผิดปกติและอาจเป็น สาเหตุหนึ่งที่ทำให้เกิดความเสื่อมของเซลล์ประสาทภายในสมอง ความเสื่อมดังกล่าวนี้สามารถก่อ ให้เกิดความผิดปกติขึ้นได้มากมายรวมทั้งความผิดปกติที่เกิดขึ้นกับผู้ป่วยโรคพาร์กินสัน การเกิด ภาวะ oxidative stress และปริมาณของเหล็กอิสระที่มีมากเกินไปอาจมีส่วนเกี่ยวข้องกับการเกิด โรคพาร์กินสัน แต่ก็ยังไม่มีผู้ทราบแน่ชัดว่าความเสื่อมดังกล่าวเกิดขึ้นก่อนหรือหลังภาวะ oxidative stress ในการศึกษาแบบจำลองของโรคพาร์กินสันด้วยเซลล์ประสาทโดปามีนของ มนุษย์ชนิด SK-N-SH พบว่าปริมาณของเหล็กที่มีความเข้มข้นสูง (100-250 μM FeSO4) สามารถ ก่อให้เกิดอนุมูลอิสระ ส่งผลให้เกิดความเสียหายต่อไขมันและทำให้เซลล์ตายมากขึ้น ความผิดปกติ ดังกล่าวนี้สามารถแก้ไขให้น้อยลงด้วยสาร DFO ซึ่งเป็นสารที่ทำหน้าที่กำจัดเหล็กอิสระ ในทาง ตรงกันข้ามคือในสภาวะที่ปราศจากเหล็กนั้น สาร DFO กลับก่อให้เกิดผลเสียมากกว่าผลดี โดยจะ ส่งผลทำให้เกิดการหดสั้นของโครมาติน ทำให้เกิดความผิดปกติในการทำงานและนำไปสู่การตาย ของเซลล์ได้เช่นกัน นอกจากนั้นเหล็กอิสระยังทำให้เกิดกระตุ้นการทำงานของ caspase-3 มากขึ้น ส่งผลให้มีการเพิ่มปริมาณการทำงานของ transcription factor (NF-κB) มากขึ้น ในขณะที่ โปรตีนที่ทำหน้าที่ช่วยป้องกันอันตรายให้แก่เซลล์อย่างโปรตีน Bcl-2 กลับมีปริมาณลดลง แต่เหล็ก ไม่มีผลต่อการเปลี่ยนแปลงปริมาณของโปรตีน Bax ในขณะเดียวกันเหล็กยังกระตุ้นให้เกิดการเพิ่ม ขึ้นของสารต้านอนุมูลอิสระอย่าง glutathione และ metallothionein อีกด้วย จากการศึกษา ลักษณะทางกายภาพของเซลล์แสดงให้เห็นว่าเหล็กที่มีความเข้มข้น 50-100 μM จะส่งผลกระทบ ต่อไมโตครอนเดีย ทำให้เกิดการฉีกขาดของผนังนิวเคลียสและมีการเคลื่อนย้าย α-synuclein จาก บริเวณรอบๆนิวเคลียสเข้าไปยังภายในนิวเคลียสที่เกิดการฉีกขาด ทำให้เซลล์ตายเพิ่มมากขึ้น ผล จากการศึกษาในครั้งนี้ชี้ให้เห็นว่าปริมาณเหล็กอิสระที่มีมากเกินไปในเซลล์ สามารถก่อให้เกิดภาวะ oxidative stress และก่อให้เกิดความเสียหายแก่เซลล์ได้ แต่ความเสียหายดังกล่าวนี้สามารถป้อง กันได้ด้วยสาร DFO แต่หากปราศจากเหล็กอิสระ สาร DFO กลับให้โทษและทำให้เซลล์ตายได้

Mahidol University

Address: NAKHON PATHOM

Email: liwww@mahidol.ac.th

Name: Piyarat Govitrapong

Role: Thesis Advisors

Created: 2005

Modified: 2553-03-31

Issued: 2010-03-30

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

ISBN: 9740456421

CallNumber: TH P294e 2005

eng

DegreeName: Doctor of Philosophy

Level: Doctoral Degree

Descipline: Neurosciences

Grantor: Mahidol University

©copyrights Mahidol University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	4336523.pdf	2.34 MB	59	2018-06-17 18:16:44

ใช้เวลา

-0.720001 วินาที