Cyanocobalamin is a Superoxide Scavenger and Neuroprotectant in Neuronal Cells

Abstract

Les dommages au nerf optique (neuropathie optique) peuvent entraîner la perte permanente de la vision ou la cécité causée par la mort des cellules ganglionnaires de la rétine (CGR). Nous avons identifié qu’une surproduction de l'anion superoxyde constitue un événement moléculaire critique précédant la mort cellulaire induite par des lésions. Récemment, Suarez-Moreira et al (JACS 131:15078, 2009) ont démontré que la vitamine B12 peut capter l’anion superoxyde aussi efficacement que l’enzyme superoxyde dismutase. La carence en vitamine B12 peut conduire à une neuropathie optique causée par des mécanismes inconnus. Nous avons étudié la relation entre la captation de superoxyde par la cyanocobalamine (forme de vitamine B12 la plus abondante) et ses propriétés neuroprotectrices dans les cellules neuronales. La cyanocobalamine aux concentrations de 10 μM et 100 μM a réduit le taux de production de superoxyde respectivement par 34% et 79% dans les essais sans-cellule. Dans les cellules RGC-5 traités avec la ménadione, les concentrations de cyanocobalamine supérieures à 10 nM ont diminué l’anion superoxyde à des valeurs similaires à celles traitées par PEG-SOD. La cyanocobalamine aux concentrations de 100 μM et 1 μM a réduit la mort des cellules RGC-5 exposées à la ménadione par 20% et 32%, respectivement. Chez les rats avec section du nerf optique unilatérale, une dose intravitréenne de 667 μM de cyanocobalamine a réduit le nombre de CGRs exposées au superoxyde. Cette dose a également augmenté le taux de survie des CGRs comparativement aux rats injectés avec la solution témoin. Ces données suggèrent que la vitamine B12 peut être un neuroprotecteur important, et sa carence nutritionnelle pourrait causer la mort de CGRs. La vitamine B12 pourrait aussi potentiellement être utilisée comme une thérapie pour ralentir la progression de la mort CGR chez les patients avec les neuropathies optiques caractérisés par une surproduction de superoxyde.

Damage to the optic nerve (optic neuropathy) can result in permanent loss of vision or blindness through retinal ganglion cell (RGC) death. Our prior work identified a burst of superoxide anion as a critical molecular event in RGCs prior to injury-induced cell death. Recently, Suarez-Moreira et al (JACS 131:15078, 2009) demonstrated that vitamin B12 scavenges superoxide as effectively as superoxide dismutase. Vitamin B12 deficiency can lead to optic neuropathy through unknown mechanisms. We investigated the relationship between superoxide scavenging by cyanocobalamin, the most abundant vitamin B12¬¬ vitamer, and its neuroprotective properties in neuronal cells. Cyanocobalamin at concentrations of 10 μM and 100 μM reduced the rate of superoxide generation by 34% and 79% in cell free assays, respectively. In menadione-treated RGC-5 cells, cyanocobalamin concentrations above 10 nM scavenged superoxide anion similar to those treated with pegylated-SOD. Cyanocobalamin at concentrations of 100 μM and 1 mM reduced RGC-5 cell death from menadione by 20% and 32%, respectively. In rats with unilateral optic nerve transection, a single intravitreal dose of 667 μM cyanocobalamin significantly reduced the number of RGCs with superoxide. This dose also increased RGC survival rate compared to rats injected with saline control. These data suggest that vitamin B¬¬12 may be an important neuroprotectant, which could cause death of RGCs when depleted in nutritional deficiency. Vitamin B12 could also potentially be used as a therapy to slow progression of RGC death in patients with optic neuropathies characterized by overproduction of superoxide.