Cation flux through SUR1-TRPM4 and NCX1 in astrocyte endfeet induces water influx through AQP4 and brain swelling after ischemic stroke

星形胶质细胞 水通道蛋白4 肿胀 的 水通道蛋白 缺血 水肿 冲程(发动机) 脑缺血 生物物理学 生物 细胞生物学 神经科学 病理 内科学 医学 生物化学 中枢神经系统 工程类 机械工程
作者
Jesse A. Stokum,Bosung Shim,Serban Negoita,Natalya Tsymbalyuk,Orest Tsymbalyuk,Svetlana Ivanova,Kaspar Keledjian,Joseph Bryan,Mordecai P. Blaustein,Ruchira M. Jha,Kristopher T. Kahle,Volodymyr Gerzanich,J. Marc Simard
出处
期刊:Science Signaling [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:16 (788) 被引量:16
标识
DOI:10.1126/scisignal.add6364
摘要

Brain swelling causes morbidity and mortality in various brain injuries and diseases but lacks effective treatments. Brain swelling is linked to the influx of water into perivascular astrocytes through channels called aquaporins. Water accumulation in astrocytes increases their volume, which contributes to brain swelling. Using a mouse model of severe ischemic stroke, we identified a potentially targetable mechanism that promoted the cell surface localization of aquaporin 4 (AQP4) in perivascular astrocytic endfeet, which completely ensheathe the brain’s capillaries. Cerebral ischemia increased the abundance of the heteromeric cation channel SUR1-TRPM4 and of the Na + /Ca 2+ exchanger NCX1 in the endfeet of perivascular astrocytes. The influx of Na + through SUR1-TRPM4 induced Ca 2+ transport into cells through NCX1 operating in reverse mode, thus raising the intra-endfoot concentration of Ca 2+ . This increase in Ca 2+ stimulated calmodulin-dependent translocation of AQP4 to the plasma membrane and water influx, which led to cellular edema and brain swelling. Pharmacological inhibition or astrocyte-specific deletion of SUR1-TRPM4 or NCX1 reduced brain swelling and improved neurological function in mice to a similar extent as an AQP4 inhibitor and was independent of infarct size. Thus, channels in astrocyte endfeet could be targeted to reduce postischemic brain swelling in stroke patients.
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