Evaluación fisiológica de los efectos del litio sobre la movilización de calcio intracelular en la línea celular HEK 293

Abstract

El litio ha sido ampliamente usado como tratamiento para el desorden bipolar, sin embargo sus mecanismos de acción a nivel celular y molecular permanecen desconocidos. En fotoreceptores de anfioxo, ha sido reportado que el litio potencia la foto-transdución mediada por la cascada de la fosfolipasa C (PLC). Con el fin de extender la relevancia de este hallazgo en un modelo mamífero, se evaluó la línea celular HEK 293 como modelo de estudio de los efectos del litio en la cascada de la PLC. Se realizaron mediciones con indicador fluorescente de calcio Fluo 4 a nivel de célula única, donde se encontró movilización de calcio por estimulación con carbacol. La intervención de la PLC en este proceso se comprobó con el uso del inhibidor U-73122, y se corroboró que el calcio liberado proviene de depósitos intracelulares realizando mediciones en una solución externa con baja concentración de calcio. Después de registrar una respuesta reproducible y robusta de la cascada de la PLC por estimulación con carbacol, se evaluó el efecto del remplazo iso-osmótico de Na+ por Li+ (140mM). La concentración de calcio alcanzada fue en promedio más alta que en la situación control (70%  27, n= 4). Posteriormente se redujo la concentración de Li en la solución a 14mM y se encontró que el aumento persiste. Por lo cual se disminuyó la concentración de litio a 4mM, valor cercano a las dosis terapéuticas, y se obtuvo también un aumento en concentración de calcio alcanzada. Dado que los efectos del litio en pacientes con desorden bipolar se observan bajo tratamiento crónico, se evaluó el efecto de adicionar litio al medio de cultivo por dos semanas. En las células cultivadas en 1 y 4 mM de litio hubo un promedio más alto en la fluorescencia basal del indicador de calcio, pero no fue significativo (p=0,422, n=25). El incremento en la concentración de calcio por estimulación con carbacol tampoco presentó diferencias (p=0,606, n=25). Como primer acercamiento para evaluar si los cambios en la concentración de calcio observados pueden tener efectos en un sensor fisiológico, se propuso transfectar células HEK 293 silvestres con el constructo mSlo1-GFP.

Abstract. Lithium has been widely used as pharmacological agent for bipolar disorder, however the mechanisms of action at molecular and cellular level are not completely understood. In lancelet photoreceptors has been found that lithium up-regulate the photo-transduction of the PLC- pathway. The aim of this study was to expand the relevance of that observation to a mammalian system, the cell line HEK 293 was tested as a study model of the lithium effects in the PLC pathway. Calcium fluorescence was measured at single-cell level in cells loaded with Fluo4-AM, it was observed a transient calcium fluorescence in response to carbachol stimulation. The PLC was involved in calcium transient, as we corroborated with the inhibitor U-73122. We verified that calcium mobilization is due to internal release by measuring calcium fluorescence in an external solution of low calcium concentration. Having documented a robust response of the PLC pathway by stimulation with carbacol, we evaluate the effect of iso-osmotic sodium substitution by lithium (140mm). Calcium transient was in average higher than in control (70%  27, n= 4).. Afterwards lithium concentration was decreased to 14mM and the effect was still present, then lithium concentration was reduced to 4mM, approaching therapeutic doses, where the increase in calcium transient was also obtained. Since the effects of therapeutic lithium administration in bipolar patients require prolonged exposition, we evaluated the effect of add lithium to the culture medium for two weeks. Basal calcium fluorescence in cells with 1mM and 4mM lithium was in average higher than control, but a non-parametric test fail short of significance (p=0.422, n=25). Calcium transient gated by carbachol did not have changes either (p=0.606, n=25). As a first approach to evaluate the effect in the change of calcium transient on a physiologic calcium-sensor we transfected HEK cells with mSlo1-GFP.