Оценка биомодуляторных свойств и нейротоксичности аналога лунного грунта

Рубрика: 
Науки о жизни в космосе
Назарова, АГ, Позднякова, НГ, Воронова, ОА, Чунихин, АЮ, Пискова, МВ, Пастухов, АО, Борисов, АА, Крисанова, НВ, Борисова, ТА
Косм. наука технол. 2015, 21 ;(4):103–111
https://doi.org/10.15407/knit2015.04.103
Язык публикации: Украинский
Аннотация: 

При вдыхании ультрадисперсные частицы лунного грунта задерживаются в носовой полости и дыхательных путях и могут переноситься в центральную нервную систему. Нейротоксический потенциал лунного грунта до сих пор не оценен. Исследование было сосредоточено на анализе влияния аналога лунного грунта на ключевые характеристики глутаматергической нейротрансмиссии, поскольку нарушение гомеостаза глутамата, основного возбуждающего нейромедиатора в центральной нервной системе, является одним из основных аспектов патогенеза многих нейрологических заболеваний. Аналог лунного грунта (пыли) (JSC-1a, Lunar Soil Simulant, Orbitec, Мэдисон, штат Висконсин, США), а именно фракция наноразмерных частиц, до и после обработки ультразвуком была охарактеризована методом фотонной корреляционной спектроскопии. При использовании меченого L-[14C]глутамата было показано, что в присутствии аналога лунного грунта возрастает связывание L-[14C]глутамата с изолированными нервными окончаниями головного мозга крыс (синаптосомами) в среде с низкой концентрацией Na+, в результате чего регистрируется повышение начальной скорости накопления L-[14C]глутамата нервными окон чаниями на 10 % как у контрольных крыс, так и у тех, что подвергались гравитационной перегрузке. Эффект аналога лунного грунта является уникальным и может привести к изменению внеклеточного уровня глутамата, который крайне важен для синаптической передачи. Лунный грунт может оказывать негативное воздействие на гомеостаз глутамата в центральной нервной системе.Постоянное раздражение от контакта с частицами грунта, особенно при долгосрочных миссиях, а также сопутствующие воспаление, стресс, микрогравитация, повышенная радиация, УФ-облучение могут усилить токсическое воздействие грунта на организм человека
Ключевые слова: аналог лунного грунта, глутаматергическая нейротрансмиссия, нервные терминали головного мозга, транспорт глутамата
Полный текст (PDF)
References: 
1. Abbott N. J. Inflammatory mediators and modulation of blood-brain barrier permeability // Cell. Mol. Neurobiol. — 2000. — 20. — Р. 131—147.
2. Borisova T., Himmelreich N. Centrifuge-Induced Hypergravity: [3H]GABA and L-[14C]glutamate Uptake, Exocytosis and Efflux Mediated by High-Affinity, Sodium-Dependent Transporters // Adv. Space Res. — 2005. — 36. — P. 1340—1345.
3. Borisova T., Kasatkina L., Ostapchenko L. The proton gradient of secretory granules and glutamate transport in blood platelets during cholesterol depletion of the plasma membrane by methyl-beta-cyclodextrin // Neurochem. Int. — 2011. — 59. — P. 965—975.
4.  Borisova T., Krisanova N. Presynaptic transporter-mediated release of glutamate evoked by the protonophore FCCP increases under altered gravity conditions //  Adv. Space Res. — 2008. — 42. — P. 1971—1979.
5. Borisova T., Krisanova N., Himmelreich N. Exposure of animals to artificial gravity conditions leads to the alteration of the glutamate release from rat cerebral hemispheres nerve terminals //  Adv. Space Res. — 2004. — 33. — P. 1362—1367.
6. Borisova T., Krisanova N., Sivko R., Borysov A. Cholesterol depletion attenuates tonic release but increases the ambient level of glutamate in rat brain synaptosomes // Neurochem. Int. — 2010. — 56. — P. 466—478.
  7. Borisova T., Krisanova N., Sivko R., et al. Presynaptic malfunction: The neurotoxic effects of cadmium and lead on the proton gradient of synaptic vesicles and glutamate transport // Neurochem. Int. — 2011. — 59. — P. 272—279.
  8. Borisova T., Sivko R., Borysov A., Krisanova N. Diverse presynaptic mechanisms underlying methyl-beta-cyclo-dextrin-mediated changes in glutamate transport // Cell. Mol. Neurobiol. — 2010. — 30. — P. 1013—1023.
  9. Bourdon J. A., Saber A. T., Jacobsen N. R., et al. Carbon black nanoparticle instillation induces sustained inflammation and genotoxicity in mouse lung and liver // Part. Fibre. Toxicol. — 2012. — 9-5.
10. Chatterjee A., Wang A., Lera M., Bhattacharya S. Lunar soil simulant uptake produces a concentration-dependent increase in inducible nitric oxide synthase expression in murine RAW 264.7 macrophage cells // J. Toxicol. Environ. Health A. — 2010. — 73. — P. 623—636.
11. Choi S. J., Oh J. M., Choy J. H. Toxicological effects of inorganic nanoparticles on human lung cancer A549 cells // J. Inorg. Biochem. — 2009. — 103. — P. 463—471.
12. Cotman C. W. Isolation of synaptosomal and synaptic plasma membrane fractions // Meth. Enzymol. — 1974. — 31. — P. 445—452.
13. Danbolt N. C. Glutamate uptake // Prog. Neurobiol. — 2001. — 65. — P. 1—105.
14. Darquenne C., Prisk G. Deposition of inhaled particles in the human lung is more peripheral in lunar than in normal gravity // Eur. J. Appl. Physiol. — 2008. — 103. — P. 687—695.
15. Frampton M. W., Stewart J. C., Oberdorster G., et al. Inhalation of ultrafine particles alters blood leukocyte expression of adhesion molecules in humans // Environ. Health Perspect. — 2006. — 114. — P. 51—58.
16. Fubini B., Fenoglio I. Toxic potential of mineral dusts // Elements. — 2007. — 3. — P. 407—414.
17. Garred Ш., Rodal S. K., van Deurs B., Sandvig K. Reconstitution of clathrin-independent endocytosis at the apical domain of permeabilized MDCK II cells: requirement for a Rho-family GTPase // Traffic. — 2001. — 2. — P. 26—36.
18. Geiser M., Rothen-Rutishauser B., Kapp N., et al. Ultrafine particles cross cellular membranes by nonphagocytic mechanisms in lungs and in cultured cells // Environ. Health. Perspect. — 2005. — 113. — P. 1555—1560.
19. Halatek T., Sinczuk-Walczak H., Rydzynski K. Early neurotoxic effects of inhalation exposure to aluminum and/ or manganese assessed by serum levels of phospholipidbinding Clara cells protein // J. Environ. Sci. Health. A Tox. Hazard. Subst. Environ. Eng. — 2008. — 43. — P. 118—124.
20. Kao Y. Y., Cheng T. J., Yang D. M. Demonstration of an olfactory Bulb—Brain translocation pathway for ZnO nanoparticles in rodent cells in vitro and in vivo // J. Mol. Neurosci. — 2012. — 48. — P. 464—471.
21. Kasatkina L., Borisova T. Impaired Na+-dependent glutamate uptake in platelets during depolarization of their plasma membrane // Neurochem. Int. — 2010. — 56. — P. 711—719.
22. Krisanova N., Sivko R., Kasatkina L., Borisova T. Neuroprotection by lowering cholesterol: A decrease in membrane cholesterol content reduces transporter-mediated glutamate release from brain nerve terminals // Biochim. Biophys. Acta. Mol. Bas. Dis. — 2012. —  1822 (10). — P. 1553—1561.
23. Krisanova N., Trikash I., Borisova T. Synaptopathy under conditions of altered gravity: Changes in synaptic vesicle fusion and glutamate release // Neurochem. Int. — 2009. — 55. — P. 724—731.
24. Lam C. W, James J. T, Latch J. N, et al. Pulmonary toxicity of simulated lunar and Martian dusts in mice: II. Biomarkers of acute responses after intratracheal instillation // Inhal. Toxicol. — 2002. — 14. — P. 917—928.
25. Lam C. W., James J. T., McCluskey R., et al. Pulmonary toxicity of simulated lunar and Martian dusts in mice: I. Histopathology 7 and 90 days after intratracheal instillation // Inhal. Toxicol.— 2002. — 14. — P. 901—916.
26. Larson E., Howlett B., Jagendorf A. Artificial reductant enhancement of the Lowry method for protein determination // Anal. Biochem. — 1986. — 155. — P. 243—248.
27. Latch J. N., Hamilton R. F. Jr., Holian A., et al. Toxicity of lunar and martian dust simulants to alveolar macrophages isolated from human volunteers // Inhal. Toxicol. — 2008. — 20. — P. 157—165.
28. Linnarsson D., Carpenter J., Fubini B., et al. Toxicity of lunardust // Planet. and Space Sci. — 2012. — doi.org/ 10.1016/ j.pss.2012.05. 023.
29. Loftus D. J., Rask J. C., McCrossin C. G., Tranfield E. M. The chemical reactivity of lunar dust: from toxicity to astrobiology physics and astronomy // Earth, Moon, and Planets. — 2010. — 107. — P. 95—105.
30. Mikawa M., Kato H., Okumura M., et al. Paramagnetic water-soluble metallofullerenes having the highest relaxivity for MRI contrast agents // Bioconjug. Chem. — 2001. — 12. — P. 510—514.
31. Morimoto Y., Miki T., Higashi T., et al. [Effect of lunar dust on humans: -lunar dust: regolith-] // Nihon Eiseigaku Zasshi. — 2010. — 65. — P. 479—485.
32. Oberdцrster G., Sharp Z., Atudorei V., et al. Translocation of inhaled ultrafine particles to the brain // Inhal. Toxicol. — 2004. — 16. — P. 437—445.
33. Peterson J. B., Prisk G. K., Darquenne C. Aerosol deposition in the human lung periphery is increased by reduced-density gas breathing // J. Aerosol. Med. Pulm. Drug Del. — 2008. — 21. — P. 159—168.
34. Qingnuan L., Yan X., Xiaodong Z., et al. Preparation of (99m)Tc-C(60)(OH)(x) and its biodistribution studies // Nucl. Med. Biol. — 2002. — 29. — P. 707—710.
35. Rehders M., Grosshдuser B. B., Smarandache A., et al. Effects of lunar and mars dust simulants on HaCaT keratinocytes and CHO-K1 fibroblasts // Adv. Space Res. — 2011. — 47. — P. 1200—1213.
36. Takeda K., Suzuki K. I., Ishihara A., et al. Nanoparticles transferred from pregnant mice to their offspring can damage the genital and cranial nerve systems // J. Health. Sci. — 2009. — 55. — P. 95—102.
37. Tarasenko A. S., Sivko R. V., Krisanova N. V., et al. Cholesterol depletion from the plasma membrane impairs proton and glutamate storage in synaptic vesicles of nerve terminals // J. Mol. Neurosci. — 2010. — 41. — P. 358—367.
38. Wallace W. T., Tayler L. A., Liu Y., et al. Lunar dust and lunar simulant activation and monitoring // Meteorit. Planet. Sci. — 2009. — 44. — P. 961—970.
39. Wang H., Wang J., Deng X., et al. Biodistribution of carbon single-wall carbon nanotubes in mice // J. Nanosci. Nanotech. — 2004. — 4. — P. 1019—1024.

40. Xia T., Kovochich M., Liong M., et al. Cationic polystyrene nanosphere toxicity depends on cell-specific endocytic and mitochondrial injury pathways // ACS Nano. — 2008. — 2. — P. 85—96.