LDHB deficiency ameliorates ischemic neuronal cell death

Abstract

Although brain occupies only 2% of body weight, it consumes approximately 25% of the body's total energy and neuronal activity comprise 80% of brain energy requirement. Thus, neurons are particularly vulnerable to situations where energy source is lacking, such as ischemia. It is well known that lactate constitutes important energy source of brain energy metabolism. How lactate supports the survival of neuronal cells is well explained by astrocyte-to-neuron lactate-shuttle hypothesis. This study focuses the role of lactate dehydrogenase B (LDHB) in neuronal cell homeostasis, which is the major enzyme in lactate-shuttle theory. For this purpose, LDHB knockout mice were generated. Both in vivo and in vitro assays show that ischemic neuronal cell death is attenuated by LDHB loss. In vivo ischemic condition, PcomA (posterior communicating artery) size of LDHB KO mice is bigger than that of WT mice. These results suggest that increased PcomA size in LDHB KO mice may be contribute to neuronal cell survival. The increase of PcomA size in LDHB KO brain is further supported by the fact that mRNA level of VEGFA (vascular endothelial growth factor A) is highly increased in LDHB KO neuronal primary cells after treatment with cobalt chloride (CoCl2), which is hypoxia mimetic agent. Taken together, loss of LDHB might cause metabolic changes and that lead to decrease the ischemic neuronal cell death by increasing PcomA size and upregulating VEGFA level.

뇌는 체중의 2%를 차지함에도 불구하고 체내 전체 에너지의 약 25%를 소모한다. 이 때문에, 뇌는 특히 허혈상태에 취약하다. 뇌에서 사용되는 에너지는 대부분 신경세포의 생존이나 활성에 사용된다. 신경세포의 에너지 대사시 포도당보단 젖산이 주로 사용된다고 잘 알려져 있다. 이때, 신경세포로의 젖산의 이동은 Astrocyte-to-neuron lactate-shuttle (ANLS) 가설에서 잘 설명된다. 이 연구를 통해 ANLS에서 중요한 효소인 LDHB가 신경세포에서 어떤 역할을 하는지를 알아보았다. 먼저 LDHB knockout mouse를 만들었고 in vivo와 in vitro 실험에서 LDHB가 없을 때 신경세포가 더 잘 산다는 것을 보여주었다. In vivo 허혈성 조건에서 LDHB KO 마우스의 posterior communicating artery (PcomA)의 크기가 WT 보다 더 커진 것을 확인하였다. 이 결과는 LDHB KO 마우스에서 PcomA 사이즈의 증가가 신경세포의 생존에 기여할지도 모른다는 것을 뒷받침한다. 또한 in vitro에서 CoCl2로 허혈성 조건을 만들어 보았을 때 LDHB KO 신경세포에서 VEGFA 발현이 더 증가되어 있음을 확인 할 수 있다. 결론적으로 LDHB KO 신경세포는 PcomA 사이즈의 증가 및 VEGFA level의 증가를 통해 허혈성 조건에서 뇌손상에 더 저항성이 있음을 알 수 있었다.