Mechanism of glucocorticoid-induced oxidative stress in rat hippocampal slice cultures

Prolonged stress results in elevation of glucocorticoid (GC) hormones, which can have deleterious effects in the brain. The hippocampus, which has a high concentration of glucocorticoid receptors, is especially vulnerable to increasing levels of GCs. GCs have been suggested to endanger hippocampal neurons by exacerbating the excitotoxic glutamatecalcium--reactive oxygen species (ROS) cascade. In an effort to reveal the mechanisms underlying GC-mediated hippocampal neurotoxicity, we aimed to clarify the molecular pathway of GC-induced ROS increase by using organotypic hippocampal slice cultures. Assays for ROS, using 2',7'-dichlorodihydrofluorescein diacetate fluorescence, showed that treatment of synthetic GC, dexamethasone (DEX) significantly enhanced ROS levels. Time course and dose response analyses indicated that peak amount of ROS was generated at 4 h after treatment with 50 µmol/L DEX. By contrast, other steroid hormones, progesterone and estradiol did not influence ROS production. N-acetyl-L-cysteine completely suppressed ROS produced by DEX. Propidium iodide staining exhibited prominent cell death in the hippocampal layer after 96 h of DEX treatment. RU486, a GC receptor antagonist, almost completely blocked the effect of DEX on ROS production and cell death, indicating that DEX-induced ROS overproduction and hippocampal death are mediated via GC receptors. Real-time reverse transcriptase PCR analysis demonstrated that after DEX treatment the level of glutathione peroxidase mRNA was decreased whereas that of NADPH oxidase mRNA was significantly enhanced. These findings suggest that excess GCs cause hippocampal damage by regulating genes involved in ROS generation. Key words: glucocorticoid, hippocampus, neurotoxicity, organotypic hippocampal slice culture, reactive oxygen species, stress. Un stress prolonge entraine une augmentation d'hormones glucocorticoides (GC), ce qui peut avoir des effets nefastes dans le cerveau. L'hippocampe, qui contient une grande concentration de recepteurs aux glucocorticoides, est particulierement vulnerable a l'augmentation des taux de GC. On a suggere que les GC compromettent la survie des neurones hippocampiques en exacerbant la cascade excitotoxique glutamate-calcium-especes reactives de l'oxygene (ROS). Dans le but d'identifier les mecanismes sous-jacents a la neurotoxicite hippocampique vehiculee par les GC, notre avons utilise des cultures organotypiques de tranches d'hippocampe pour examiner la voie moleculaire de l'augmentation des ROS induite par les CG. Les essais, effectues en utilisant la fluorescence du 1',7'-dichlorodihydrofluoresceine diacetate, ont montre qu'un traitement a la GC synthetique, dexamethasone (DEX), a augmente significativement les taux de ROS. Les analyses de l'evolution temporelle et de la relation dose-reponse ont indique que la production maximale de ROS a eu lieu 4 h apres un traitement avec 50 µ M de DEX. Toutefois, d'autres hormones steroidiennes, progesterone et oestradiol, n'ont pas influe sur la production des ROS. La N-acetyl-L-cysteine a totalement supprime les ROS produites par la DEX. La coloration a l'iodure de propidium a montre une mort cellulaire significative dans la couche hippocampique apres 96 h de traitement a la DEX. RU486, un antagoniste des recepteurs aux GC, a presque completement bloque la production de ROS et la mort des cellules induites par le traitement a la DEX, ce qui indique que la surproduction de ROS et la mort hippocampique induites par la DEX sont vehiculees par les recepteurs aux GC. La technique de RT-PCR en temps reel a demontre que le taux d'ARNm de la glutathion peroxydase a diminue, alors que le taux d'ARNm oxydase de la NADPH a augmente significativement apres le traitement a la DEX. Ces resultats donnent a penser qu'un taux tres eleve de GC provoque une degradation de l'hippocampe en regulant les genes impliques dans la production des ROS. Mots-cles : glucocorticoide, hippocampe, neurotoxicite, culture organotypique de tranche d'hippocampe, especes reactives de l'oxygene, stress. [Traduit par la Redaction]
Introduction The glucocorticoid (GC) steroid hormones released from the adrenal cortex are the principal effectors in the stress response (Sapolsky et al. 2000). Although short-term elevation of GCs can be [...]