M1 and M3 muscarinic receptors may play a role in the neurotoxicity of anhydroecgonine methyl ester, a cocaine pyrolysis product

Abstract

The smoke of crack cocaine contains cocaine and its pyrolysis product, anhydroecgonine methyl ester (AEME). AEME possesses greater neurotoxic potential than cocaine and an additive effect when they are combined. Since atropine prevented AEME-induced neurotoxicity, it has been suggested that its toxic effects may involve the muscarinic cholinergic receptors (mAChRs). Our aim is to understand the interaction between AEME and mAChRs and how it can lead to neuronal death. Using a rat primary hippocampal cell culture, AEME was shown to cause a concentration-dependent increase on both total [3H]inositol phosphate and intracellular calcium, and to induce DNA fragmentation after 24 hours of exposure, in line with the activation of caspase-3 previously shown. Additionally, we assessed AEME activity at rat mAChR subtypes 1–5 heterologously expressed in Chinese Hamster Ovary cells. l-[N-methyl-3H]scopolamine competition binding showed a preference of AEME for the M2 subtype; calcium mobilization tests revealed partial agonist effects at M1 and M3 and antagonist activity at the remaining subtypes. The selective M1 and M3 antagonists and the phospholipase C inhibitor, were able to prevent AEME-induced neurotoxicity, suggesting that the toxicity is due to the partial agonist effect at M1 and M3 mAChRs, leading to DNA fragmentation and neuronal death by apoptosis.

Caracterização da via de ativação de neurotoxicidade induzida pela Anidroegconina Metil Éster (AEME) <i>in vitro</i>

“…Considerando ainda a hipótese da ação colinérgica, Garcia et al (2015) estudaram GARAVAN, 2005;HAILE et al, 2012;VONMOOS et al, 2013;MORENO et al, 2014;XIE;WELLS e FUCHS, 2014;MA et al, 2015;MIN et al, 2015).…”

“…Ao contrário da cocaína, as informações a respeito da neurotoxicidade da AEME são escassas. Os primeiros estudos da ação desse composto no SNC foram desenvolvidos por nosso grupo (Garcia et al 2012(Garcia et al , 2015. Foi observada redução da viabilidade de neurônios hipocampais após 24 e 48 h de exposição, com fragmentação do DNA e aumento da atividade de caspase-3 em 6 h. Ainda, foi relatado efeito aditivo na associação de cocaína com AEME a partir de 48 h de exposição, que reduziu aproximadamente 80% das células viáveis.…”

“…Ainda, o aumento dessa atividade também pode ser justificado pelo aumento da atividade mitocondrial em resposta a um processo de estresse oxidativo e/ou aumento de cálcio intracelular, tendo em vista que a cadeia respiratória é o principal mecanismo de homeostase celular para o controle de cálcio intracelular (GIORGI et al, 2012). GARCIA et al, 2015;KHAN et al, 2015).…”

“…Esse desequilíbrio leva a um intumescimento celular, bem como de compartimentos intracelulares, modificando o pH do meio. Segundo Garcia et al (2015) exposições de neurônios hipocampais a associação de cocaína com AEME promoveu aumento de cálcio intracelular concentração dependente. Assim, podemos sugerir que a redução de vesículas ácidas observadas em nosso resultado possa ser em função de uma alcalinização de lisossomos por aumento da concentração de cálcio intracelular o que pode ativar outras programações de morte celular e não envolver o processo autofágico.…”

“…Deste modo, podemos sugerir que as alterações morfológicas observadas antes da morte celular, poderiam causar alterações comportamentais antes mesmo de causar comprometimento cognitivo, decorrente de perda neuronal. Além disso, nossos resultados mostraram que, para cocaína e AEME, a morte celular inicia-se pela ativação da via extrínseca da apoptose a partir de 12 h, embora a morte propriamente ocorra após 24 h (SU et al, 2003;LEE et al, 2009;GARCIA et al 2012;LEPSCH;PLANETA e SCAVONE, 2015;GARCIA et al, 2015) e a associação dessas substâncias mostrou-se potencialmente mais neurotóxica do que as substâncias isoladamente.…”