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High frequency oscillations play important roles in development of epileptogenesis/ictogenesis via activation of astroglial signallings - 20/04/22

Doi : 10.1016/j.biopha.2022.112846 
Kouji Fukuyama , Motohiro Okada
 Department of Neuropsychiatry, Division of Neuroscience, Graduate School of Medicine, Mie University, Tsu, Mie 514–8507, Japan 

Corresponding author.

Abstract

To explore developmental processes of epileptogenesis/ictogenesis and pathophysiology of carbamazepine-resistant epilepsy, we determined effects of high-frequency-oscillation (HFO) on glutamatergic tripartite-synaptic transmission, astroglial expression of connexin43, and intracellular Erk- and Akt-signalling, using genetic rat model (S286L-TG) of autosomal-dominant sleep-related hypermotor epilepsy(ADSHE), which bears rat S286L-mutant Chrna4(corresponding to human S284L-mutant CHRNA4). Artificial physiological ripple- and pathological fast-ripple-burst stimulations use-dependently increased L -glutamate release through connexin43-containing hemichannels by enhancing Erk-signalling alone or both ERK- and Akt-signalling together, respectively. Stimulatory effects of HFO-bursts on astroglial L -glutamate release were enhanced by increasing extracellular K+ levels, Akt- and Erk-signalling-dependently. HFO-bursts also activated connexin43 expression and Akt- and Erk-signallings use-dependently. Extracellular pH elevation enhanced HFO-burst-evoked astroglial L -glutamate release, which was suppressed by therapeutically-relevant concentration of zonisamide via possible carbonic-anhydrase inhibition, but not by that of carbamazepine. Unexpectedly, these responses of S286L-TG to HFO-bursts were almost equal to those of wild-type astrocytes. These results indicated that candidate pathomechanism/pathophysiology of carbamazepine-resistant ADSHE, which enhanced HFO-bursts in S286L-TG neurons may contribute to epileptogenesis/ictogenesis development via activation of connexin43-associated astroglial transmission, which was directly unaffected by mutation, and induced through activated Erk-signalling, followed by Akt-signalling. Therefore, suppression of overexpressed Erk-signalling probably prevents ADSHE onset via indirect inhibition of mutant CHRNA4-associated pathomechanistic developments.

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Graphical Abstract




ga1

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Highlights

Functional abnormality plays important roles in pathogenesis of epilepsy.
HFO also contribute to epileptogenesis and ictogenesis.
Upregulated Erk signalling via neuronal hyperactivation leads astroglial transmission.
These mechanisms are one of the major pathogenesis of genetic epilepsy.

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Abbreviations : DEBC, MK-ACSF, fDMEM, DIV, ACSF, ADSHE, DC, EEG, HFO, nAChR, TAT-GAP19, S286L-TG

Keywords : Autosomal dominant sleep-related hypermotor epilepsy, L-glutamate, Hemichannel, Extracellular signal-regulated kinase, Protein kinase B, Epileptogenesis, Ictogenesis


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