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Structural basis for the inhibition of cystathionine-β-synthase by isoflurane and its role in anaesthesia-induced social dysfunction in mice.
British Journal of Anaesthesia ( IF 9.1 ) Pub Date : 2024-11-26 , DOI: 10.1016/j.bja.2024.09.023 Mengfan He,Hanxi Wan,Peilin Cong,Xinyang Li,Chun Cheng,Xinwei Huang,Qian Zhang,Huanghui Wu,Li Tian,Ke Xu,Lize Xiong
British Journal of Anaesthesia ( IF 9.1 ) Pub Date : 2024-11-26 , DOI: 10.1016/j.bja.2024.09.023 Mengfan He,Hanxi Wan,Peilin Cong,Xinyang Li,Chun Cheng,Xinwei Huang,Qian Zhang,Huanghui Wu,Li Tian,Ke Xu,Lize Xiong
BACKGROUND
Anaesthesia has been shown to impair social functioning, but the underlying mechanisms remain largely unknown. The volatile anaesthetic isoflurane potentially disrupts the methionine cycle and trans-sulphuration pathway, contributing to social deficits. Cystathionine-β-synthase (CBS), a key enzyme in this pathway, might be targeted by isoflurane. We investigated the CBS-isoflurane interaction and its role in neuronal function and social behaviour.
METHODS
Mice aged 3-15 months were anaesthetised with 2 vol% isoflurane for 2 h, and social behaviours were tested 24 h after exposure. Alterations in neuronal activity were assessed using electrophysiological analysis in vivo. Pharmacological activators (S-adenosylmethionine [SAM]) or inhibitors (amino-oxyacetic acid [AOAA]), and adeno-associated virus (AAV) were used to modulate CBS activity. The binding site of isoflurane on CBS was determined using X-ray crystallography. A novel transgenic model with a point mutation knock-in was constructed to eliminate the CBS-isoflurane interaction.
RESULTS
Isoflurane inhibited CBS activity (by 0.35-fold [0.07] vs 1.00-fold [0.05]; P<0.001), leading to neuronal hypoactivity in the anterior cingulate cortex (ACC) and social impairments in adult and elderly mice. SAM, AOAA, and AAV interventions demonstrated a causal link. Structural and functional analysis identified the lysine 273 (K273) in CBS to be involved in isoflurane inhibition. CBS K273A knock-in mice exhibited increased CBS activity compared with wild-type littermates after isoflurane exposure (2.2-fold [0.22] vs 1.0-fold [0.28]; P<0.001), with successful alleviation of ACC neuronal hypoactivity and social dysfunction.
CONCLUSIONS
These findings reveal a crucial role for CBS inhibition by isoflurane in anaesthesia-induced social impairment.
中文翻译:
异氟醚抑制胱硫醚-β-合酶的结构基础及其在麻醉诱导的小鼠社交功能障碍中的作用。
背景 麻醉已被证明会损害社会功能,但其潜在机制在很大程度上仍是未知的。挥发性麻醉剂异氟醚可能会破坏蛋氨酸循环和反式硫化途径,从而导致社会缺陷。胱硫醚-β-合酶 (CBS) 是该通路中的关键酶,可能以异氟醚为靶点。我们研究了 CBS-isoflurane 相互作用及其在神经元功能和社会行为中的作用。方法 3-15 月龄小鼠用 2 vol% 异氟醚麻醉 2 h,暴露后 24 h 测试社交行为。使用体内电生理分析评估神经元活性的改变。使用药理学激活剂 (S-腺苷甲硫氨酸 [SAM])或抑制剂 (氨基氧乙酸 [AOAA]) 和腺相关病毒 (AAV) 来调节 CBS 活性。使用 X 射线晶体学确定异氟醚在 CBS 上的结合位点。构建了一种具有点突变敲入的新型转基因模型,以消除 CBS-isoflurane 相互作用。结果 异氟醚抑制 CBS 活性 (0.35 倍 [0.07] 对 1.00 倍 [0.05];P<0.001),导致前扣带皮层 (ACC) 神经元活动减退以及成年和老年小鼠的社交障碍。SAM、AOAA 和 AAV 干预证明了因果关系。结构和功能分析确定 CBS 中的赖氨酸 273 (K273) 参与异氟醚抑制。与野生型同窝小鼠相比,CBS K273A 敲入小鼠在异氟醚暴露后表现出更高的 CBS 活性 (2.2 倍 [0.22] 对 1.0 倍 [0.28];P<0.001),成功缓解 ACC 神经元活动减退和社交功能障碍。 结论 这些发现揭示了异氟醚抑制 CBS 在麻醉诱导的社交障碍中的关键作用。
更新日期:2024-11-26
中文翻译:
异氟醚抑制胱硫醚-β-合酶的结构基础及其在麻醉诱导的小鼠社交功能障碍中的作用。
背景 麻醉已被证明会损害社会功能,但其潜在机制在很大程度上仍是未知的。挥发性麻醉剂异氟醚可能会破坏蛋氨酸循环和反式硫化途径,从而导致社会缺陷。胱硫醚-β-合酶 (CBS) 是该通路中的关键酶,可能以异氟醚为靶点。我们研究了 CBS-isoflurane 相互作用及其在神经元功能和社会行为中的作用。方法 3-15 月龄小鼠用 2 vol% 异氟醚麻醉 2 h,暴露后 24 h 测试社交行为。使用体内电生理分析评估神经元活性的改变。使用药理学激活剂 (S-腺苷甲硫氨酸 [SAM])或抑制剂 (氨基氧乙酸 [AOAA]) 和腺相关病毒 (AAV) 来调节 CBS 活性。使用 X 射线晶体学确定异氟醚在 CBS 上的结合位点。构建了一种具有点突变敲入的新型转基因模型,以消除 CBS-isoflurane 相互作用。结果 异氟醚抑制 CBS 活性 (0.35 倍 [0.07] 对 1.00 倍 [0.05];P<0.001),导致前扣带皮层 (ACC) 神经元活动减退以及成年和老年小鼠的社交障碍。SAM、AOAA 和 AAV 干预证明了因果关系。结构和功能分析确定 CBS 中的赖氨酸 273 (K273) 参与异氟醚抑制。与野生型同窝小鼠相比,CBS K273A 敲入小鼠在异氟醚暴露后表现出更高的 CBS 活性 (2.2 倍 [0.22] 对 1.0 倍 [0.28];P<0.001),成功缓解 ACC 神经元活动减退和社交功能障碍。 结论 这些发现揭示了异氟醚抑制 CBS 在麻醉诱导的社交障碍中的关键作用。