Die Hemmung der GABA-Wiederaufnahme im Zentralen Nervensystem: Ein Prinzip für neue Wirkstoffe in der Anästhesie?

Abstract

Viele klinisch gebräuchliche Anästhetika vermindern die Aktivität von Nervenzellen in Gehirn und Rückenmark, indem sie GABA(A)-Rezeptoren, Zielstrukturen des hemmenden Botenstoffs gamma-Aminobuttersäure (GABA), positiv modulieren. Ein anderer, bisher jedoch kaum untersuchter Mechanismus, zentralnervöse Hemmung zu verstärken, besteht darin, die Wiederaufnahme von GABA zu hemmen. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, wie eine Hemmung der Wiederaufnahme von GABA durch NO-711 spontane neuronale Aktivität im Neokortex in vitro beeinflusst und inwieweit sich diese Effekte von den in der Literatur beschriebenen Wirkungen gebräuchlicher Anästhetika unterscheiden. Extrazelluläre Messungen in organotypischen Schnittkulturen, deren Spontanaktivität durch Zustände hoher (Up states) und niedriger (Down states) Aktivität charakterisiert ist, zeigten mit steigender NO-711-Konzentration eine Reduktion der mittleren Feuerrate (EC50 = 34,07 nM), der relativen Zeitdauer, in der sich der Neokortex im aktiven Zustand befand (RelZeitaktiv, EC50 = 37,15 nM) und der mittleren Länge aktiver Phasen (Burstlänge, EC50 = 14,33 nM). Die Feuerraten innerhalb der späten Phase der Up states (100 – 500 ms nach Beginn eines Up states) nahmen konzentrationsabhängig ab, nicht jedoch die Feuerraten in der frühen Phase (0 – 50 ms nach Beginn eines Up states). Die durch NO-711 induzierten Feuermuster wiesen Parallelen zu jenen mit klinisch gebräuchlichen Anästhetika auf, unterschieden sich jedoch von diesen durch eine außerordentlich starke Verkürzung der Aktivitätsphasen. Der Stellenwert von GABA(A)- und GABA(B)-Rezeptoren als Vermittler der Effekte von NO-711 wurde durch pharmakologische Blockade ermittelt. 100 µM des GABA(A)-Rezeptoren-Blockers Bicucullin bewirkte, dass NO-711 (250 nM) die mittlere Feuerrate und Burstlänge nicht zu reduzieren vermochte. Blockade der GABA(B)-Rezeptoren durch 10 µM CGP 55845 änderte die NO-711-Dosis-Wirkungs-Kurve der mittleren Feuerrate (EC50 = 33,36 nM) nicht signifikant (p = 0,194), jedoch signifikant (p < 0,001) die Kurve der RelZeitaktiv (EC50 = 358,79 nM). CGP 55845 reduzierte den durch NO-711 herbeigeführten Abfall der Feuerraten innerhalb der späten Phase der Up states. Diese Ergebnisse zeigen, dass GABA(A)-Rezeptoren zwar die entscheidende Rolle bei den Effekten von NO-711 zukommt, jedoch der Einfluss der GABA(B)-Rezeptoren hierbei nicht zu vernachlässigen ist. In der Summe erwies sich NO-711 als eine hocheffizient aktivitätsdämpfende Substanz, die aufgrund putativer Synergismen mit Modulatoren des GABA(A)-Rezeptors möglicherweise in Zukunft eine Anwendung in der Anästhesie finden könnte.

Numerous common anaesthetics reduce neuronal activity in brain and spinal cord by positive modulation of GABA(A) receptors, targets of the inhibitory neurotransmitter gamma-aminobutyric acid (GABA). An alternative mechanism of enhancing inhibition in the central nervous system (CNS), which has barely been considered so far, is to inhibit the reuptake of GABA. The present study explores how inhibition of GABA reuptake by NO-711 influences neuronal activity in neocortex and how these effects differ from the effects of commonly used anaesthetics. Extracellular measurements were performed in spontaneously active organotypic slice cultures of neocortex, which display states of high (Up states) and low activity (Down states). Mean firing rate (EC50 = 34,07 nM), relative duration of activity (RelTimeactive, EC50 = 37,15 nM) and mean length of Up states (burst length, EC50 = 14,33 nM) decreased with increasing NO-711 concentration. There was also a dose-dependent reduction of firing rates within the late period of Up states (100 – 500 ms after onset of an Up state), but not within the early period (0 – 50 ms after onset). Firing patterns induced by NO-711 showed some parallels to patterns induced by common anaesthetics but differed from these by an extraordinarily strong shortening of Up states. The importance of GABA(A) and GABA(B) receptors for mediating the effects of NO-711 was investigated with pharmacological means. 100 µM of the GABA(A) receptor antagonist bicuculline prevented the reduction of mean firing rate and burst length by NO-711 (250 nM). A block of GABA(B) receptors by 10 µM CGP 55845 had no significant effect on the NO-711 dose-effect curve of mean firing rate (p = 0,194; EC50 = 33,36 nM) but changed the curve of RelTimeactive significantly (p < 0,001; EC50 = 358,79 nM). The NO-711-induced decrease of firing rates within the late period of Up states was alleviated by CGP 55845. These results illustrate that GABA(A) receptors mediate the decisive part of the effects of NO-711, and that GABA(B) receptors play a minor, although not negligible, role. In summary, NO-711 turned out to be a highly efficient inhibitor of network activity. Should it act synergistically with modulators of GABA(A) receptors, NO-711 could be of potential future use in anaesthesia.