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01.12.2014 | Original Paper | Ausgabe 4/2014

Metabolic Brain Disease 4/2014

O-GlcNAcylation as a novel ammonia-induced posttranslational protein modification in cultured rat astrocytes

Zeitschrift:
Metabolic Brain Disease > Ausgabe 4/2014
Autoren:
Ayşe Karababa, Boris Görg, Freimut Schliess, Dieter Häussinger
Wichtige Hinweise

Electronic supplementary material

The online version of this article (doi:10.​1007/​s11011-013-9454-7) contains supplementary material, which is available to authorized users.

Abstract

Hepatic encephalopathy (HE) is a clinical manifestation of a low grade cerebral edema with a mutual interrelationship between osmotic- and oxidative stress. This leads to RNA oxidation and posttranslational protein modifications such as protein tyrosine nitration with pathophysiological relevance. Here, we report on O-GlcNAcylation as another ammonia-induced posttranslational protein modification in cultured rat astrocytes. NH4Cl induced O-GlcNAcylation of distinct proteins (25–250 kDa) in astrocytes in a dose- and time-dependent manner. Exposure of astrocytes to NH4Cl (5 mmol/l) for 48 h and 72 h significantly increased protein O-GlcNAcylation by about 2-fold and 4-fold, respectively. NH4Cl at a concentration of 1 mmol/l was sufficient to double protein O-GlcNAcylation in astrocytes after 72 h as compared to untreated controls. Ammonia-induced protein O-GlcNAcylation was sensitive towards glutamine-synthetase inhibition by methionine sulfoximine (MSO), but was not induced by hypoosmolarity (205 mosmol/l) or CH3NH3Cl (5 mmol/l). Increased protein O-GlcNAcylation in NH4Cl (5 mmol/l, 48 h)-treated astrocytes was fully reversible within 24 h after withdrawal of NH4Cl from culture medium. Amongst the proteins which are O-GlcNAcylated in response to ammonia, GAPDH was identified. It is concluded that ammonia induces reversible protein O-GlcNAcylation in astrocytes that depends on glutamine synthesis but not on astrocyte swelling per se or ammonia-induced pH-changes. In view of the complex involvement of O-GlcNAcylation in cell regulation, such as energy metabolism, apoptosis and circadian rhythmicity and in pathologies, such as neurodegenerative diseases, O-GlcNAcylation might contribute to the pathophysiology of hepatic encephalopathy.

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