Effect of Sustained Pyridoxine Treatment on Seizure Susceptibility and Regional Brain Amino Acid Levels in Genetically Epilepsy-Prone BALB/c Mice

Authors


Address correspondence and reprint requests to Dr. J. Peeling at Department of Pharmacology, University of Manitoba, A006 Chown Building, 753 McDermot Ave., Winnipeg, Manitoba, Canada R3E OT6.

Abstract

Summary: Epilepsy-prone and epilepsy-resistant substrains were selectively bred from a strain of BALB/c mice; audiogenic-sensitive epilepsy-prone animals showed enhanced sensitivity to chemical convulsants. Treatment with pyridoxine (100 mg/L in drinking water) initiated at mating and continued throughout pregnancy and the life of the offspring abolished the enhanced sensitivity to chemical convulsants and reduced the severity of audiogenic seizures. Withdrawal of pyridoxine restored the enhanced seizure sensitivity. [1H] Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy of perchloric acid extracts of tissue was used to determine the concentrations of several compounds [N-acetylaspartate (NAA), GABA, glutamate, aspartate, alanine, taurine, creatine, cholines, inositol] in the hippocampus, neocortex, brainstem, and cerebellum of untreated and pyridoxine-treated 6-week-old female animals. The ratios of the concentrations of excitatory to inhibitory putative neurotransmitteramino acids tended to be higher in epilepsy-prone animals, with the most pronounced difference being a significantly elevated glutamate/GABA ratio in every brain region examined. Pyridoxine treatment abolished this imbalance in the hippocampus, brainstem, and cerebellum, but not in the neocortex. Treatment of epilepsy-resistant animals with pyridoxine using the same protocol decreased the glutamate/GABA concentration ratio in the hippocampus, brainstem, and neocortex and resulted in impaired development of the animals. The amino acid imbalance and the accompanying seizure susceptibility in these genetically epilepsy prone mice may originate from an inborn error in pyridoxine metabolism or in a pyridoxine-dependent enzyme system.

RéSUMé

A partir d'une souche de souris BALB/c, des pedigrees de souris prédisposées à l'épilepsie et résistantes à l'épilepsie ont été sélectivement obtenus avec des animaux prédisposés à l'épilepsie, sensibles aux stimulations audiogéniques, qui présentaient une sensibilité augmentée aux convulsivants chimiques. Le traitement par la pyridoxine (100 mg/L dans l'eau de boisson) commencé au moment de la copulation, poursuivi pendant la gestation et pendant toute la vie du rat a aboli l'augmentation de sensibilité aux convulsivants chimiques, et a réduit la sévérité des crises audiogtnes. L'arrét de la pyridoxine a rétabli l'augmentation de sensibilité aux crises. La spectroscopie RMN [1H] d'extraits de tissus traités par acide perchlorique a été utilisée pour determiner les concentrations de différents composes (N-acetylaspartate, GABA, glutamate, aspartate, alanine, taurine, créatine, cholines, inositol) au niveau de l'hippocampe, du néocortex, du tronc cerebral et du cervelet, chez des souris femelles non traitées et traitées par pyridoxine, âgées de 6 semaines. Les rapports de concentration des acides aminés neurotransmetteurs excitateurshnhibiteurs tendaient B ttre plus elevés chez les animaux prédisposés B l'épilepsie, la difference la plus importante representant un rapport significativement augmenté glutamate/GABA au niveau de chaque région cérébrale examinée. Le traitement par pyridoxine a aboli ce déséquilibre au niveau de l'hippocampe, du tronc cerébral et du cervelet mais pas au niveau du néocortex. Le traitement des animaux résistant B l'épilepsie par la pyridoxine, suivant le mtme protocole a diminué les rapports de concentrations de glutamate/GABA au niveau de l'hippocampe, du tronc cerebral et du néocortex et a entrainó un trouble du développement de ces animaux. Le desequilibre des amino-acides et la susceptibilité aux crises, qui semblent associCs chez ces rats génétiquement prédisposes B l'epilepsie, peut provenir d'une erreur innée du métabolisme de la pyridoxine ou d'un systeme enzymatique pyridoxino-dépendant.

RESUMEN

Se han seleccionado sub-cepas resistentes a la epilepsía y tambikn cepas de ratones BALB/c que tenian epilepsía sensible a estimulos radiogknicos y mostraron un aumento de su sensibilidad a convulsivantes quimicos. Un tratamiento con piridoxina (100 mg/L administrada en agua) iniciado en el momento de la copulación y continuada a lo largo del embarazo y de la vida de los animales-hijo eliminó el incremento de la sensibilidad a convulsivantes quimicos y redujo la severidad de los ataques audiogknicos. La interrupción de la piridoxina restauró el incremento de la sensibilidad de los ataques. Se ha utilizado la espectroscopia con Resonancia Magnética para extractos de ácido perclorico de los tejidos con intention de determinar las concentraciones de varios compuestos (N-acetilaspartato, GABA, glutamato, aspartato, alanina, taurina, creatina, colina, inositol) en el hipocampo, neocortex, tronco cerebral y cerebelo de los animales hembras de 6 semanas de edad tratados y no tratados con piridoxina. Las relaciones entre la concentración de aminoacidos neurotransmisores putativamente considerados como excitatorios o inhibitorios, mostraron una tendencia a estar más elevadas en animales con tendencia a la epilepsía con una diferencia más pronunciada demostrada por una elevation significativa de la relación glutamato-GABA en cada region cerebral examinada. El tratamiento con piridoxina elimino este desequilibrio en el hipocampo, el tronco cerebral y el cerebelo per0 no en el neocortex. El tratamiento de los animales resistentes a la epilepsía con piridoxina utilizando el mismo protocolo redujo la concentración de la relación glutamatolGABA en el hipocampo, tronco cerebral y neocortex, y condujo a un desarrollo de los animales sin ningdn tip0 de trastorno. El desequilibrio de aminoacidos y la asociada susceptibilidad para los ataques en estos ratones con una tendencia genktica a la epilepsía puede originarse a traves de un error congénito del metabolismo de la piridoxina o en sistemas enzimaticos piridoxina-dependientes.

ZUSAMMENFASSUNG

Epilepsieanfällige und Epilepsieresistente Untergruppen wurden von einem Stamm BALB/c-Mäusen gezüchtet, wobei die Tiere mit einer audiogen-sensitiven Epilepsieneigung eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber chemischen Konvulsiva zeigten. Eine Behandlung mit Pyridoxin (100 mg/l Trinkwasser), die bei der Paarung begonnen wurde und während der Tragezeit und dem ganzen Leben der Nachkommen aufrecht erhalten wurde, brachte die erhöhte Empfindlichkeit gegenüber chemischen Konvulsiva zum Verschwinden und reduzierte den Schweregrad der audiogenen Anfälle. Ein Pyridoxin-Entzug stellte die erhöhte Anfällsempfindlichkeit wieder her. Mit Hilfe einer [1H] NMR-Spektroskopie von Perchlorsaureextrakten wurden die Konzentrationen von verschiedenen Bestandteilen (N-Acethylaspartat, GABA, Glutamat, Aspartat, Alanin, Taurin, Kreatin, Cholinen, Inositol) im Hippokampus, Neokortex, Hirnstamm und Cerebellum von unbehandelten und Pyridoxinbehandelten 6 Wochen alten weiblichen Tieren bestimmt. Das Verhältnis in den Konzentrationen von exzitatorischen zu inhibitorischen möglichen Neurotransmitter-Aminosäuren zeigte bei den Epilepsie-anfälligen Tieren eine Tendenz zur Erhöhung, mit der deutlichsten Differenz in Form einer signifikanten Erhohung des Glutamat/GABA Verhältnisses in jeder untersuchten Hirnregion. Die Pyridoxin-Behandlung brachte dieses Ungleichgewicht im Hippokampus, Hirnstamm und Kleinhirn zum Verschwinden, jedoch nicht im Neokortex. Die Behandlung von Epilepsie -resistenten Tieren mit Pyridoxin unter dem gleichen Protokoll fuhrte zu einer Verminderung des Glutamat/GABA- Konzentrationsverhaltnisses im Hippokampus, Hirnstamm und Neokortex und resultierte in einer behinderten Entwicklung der Tiere. Die Aminosäurenimbalance und die begleitende Anfällsempfindlichkeit bei diesen genetisch zu einer Epilepsie neigenden Mäusen rährt möglicherweise von einer angeborenen Störung im Pyridoxinmetabolismus oder in einem Pyridoxin- abhängigen Enzymsystem her.

Ancillary