Protective effect of N-acetylcysteine against oxidative stress- and glutamate-induced damage of motor neuron-like NSC-34 cells

Abstract

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is characterized by selective motor neuron death. Mouse neuroblastoma x spinal cord (NSC) hybrid cells have been developed as motor neuron cell lines. Moreover, modification of the growth conditions of NSC-34 cells by serum depletion (0.1%) promotes the expression of functional glutamate receptors. I have compared protective effect of N-acetylcysteine (NAC) with that of vitamin E and riluzole against hydrogen peroxide (H2O2)- and glutamate-induced cell death using NSC-34 cells. When treated with 1 mM H2O2 for 30 min, the cell number was reduced to around 50% of control after 24 h. Cell fraction in sub-G1 phase was markedly increased indicating that apoptosis appeared to take place. When post-treated with vitamin E, riluzole, or NAC for 24 h from 6 h after H2O2, cell survival was increased. Whereas NAC showed protective effect dose-dependently, the effect of riluzole became diminished from 10 μM. With differentiated cells at serum-deficit culture conditions, 1 mM glutamate reduced the survived cell number by 30%. Each of three drugs co-treated with glutamate was effective on cell survival but the potency of NAC was greatest. Remarkably, NAC and vitamin E, but not riluzole decreased cell death in glutamate-free, serum-deprived condition. These results suggest that NAC protects NSC-34 cells more than vitamin E and riluzole for both excitotoxic and non-excitotoxic oxidative injury. New approach with NAC may become an effective method to prolong the life of ALS patients. Neuroblastoma x spinal cord (NSC-34) 세포주는 분화중인 척수 운동신경세포와 유사하다. 척수의 운동신경세포는 근위축성측색경화증(amyotrophic lateral sclerosis, ALS)에서 퇴화하는 특징이 있다. 글루탐산염에 의한 운동신경세포의 변성이 퇴행성 운동신경세포 질환의 발생기전 중 하나이며, 과량의 유해 산소가 세포사멸에 관여한다고 알려져 있다. 척수 운동신경세포의 특징을 표현하는 NSC-34 세포주에 대한 과산화수소(H2O2) 및 글루탐산염의 독성을 조사하고, 이 독성에 대한 항산화제 N-acetylcysteine (NAC)과 vitamin E의 효과를 기존의 ALS 치료제로 사용되는 riluzole 효과와 비교해 보고자 하였다. NSC-34 세포주에 0.5 mM H2O2를 30분간 처치하고 씻어낸 후 6시간 후 부터 H2O2 독성을 조사하였고, 약물의 보호효과는 H2O2 처치 6시간 후에 약물을 투여하여 대조군의 변수들과 24시간 후부터 비교하였다. 글루탐산염 독성은 0.1% 혈청 결핍 조건에서 글루탐산염 독성에 반응하는 세포들을 선택 배양하여 이 세포를 대상으로 실시하였다. H2O2 (1 mM)를 30 분간 투여한 군에서 24 시간 후에 세포수를 측정한 결과 H2O2를 투여하지 않은 군과 비교하여 세포수가 약 30% 감소하였다. 또한 세포 apoptosis 정도를 알수 있는 sub-G1 기의 세포수가 48시간에 측정하였을 때, 현저히 증가함을 알 수 있었다. 이러한 H2O2 독성에 vitamin E, riluzole 및 NAC은 20－30%의 세포 보호효과가 있었다. Serum-free 조건에서 1 mM 글루탐산염을 48 시간 동안 처치하면 세포 사멸은 30%까지 증가되었다. Vitamin E와 riluzole은 약 15%의 세포 보호 효과를 가지는 반면 NAC의 처치는 25%까지 세포 보호 효과를 보였다. 이상의 결과로 미루어 산화 스트레스 또는 글루탐산에 의한 운동신경세포 사멸에 대한 NAC의 보호 효과가 vitamin E나 riluzole에 비해 더 크다고 생각된다. NAC은 항산화제 역할뿐만 아니라 글루타티온 제공자, 그리고 알려지지 않은 어떤 기전에 의해 더 큰 효과를 보였을 것이다.