Effects of Phenytoin on Primary Glial Cell Cultures

Summary: The activity of enzymes involved in anion and cation transport, the concentration of intracellular potassium (K+i), and the transmembrane potential (Em) were determined following acute and chronic exposure of primary astroglial cultures to micromolar concentrations of phenytoin (PHT). Na+, K+ -ATPase activity of homogenates of cultured glial cells was determined in the presence of an increasing K+ concentration (1–20 mM). Acutely, PHT had little effect on the K+ activation pattern of Na+, K+ -ATPase. In contrast, the percentage of Na+, K+ -ATPase activated by elevating the K+ concentration was dose dependently increased by chronic PHT treatment. This effect was accompanied by a marked increase in K+i and a significant membrane hyperpolarization. The acute effect of PHT on the Em was biphasic, characterized by membrane hyperpolarization at concentrations of 10-6-10-5M; at concentrations between 10-5 and 10-4M, the Em progressively returned to control values. These results suggest that glial cells acutely and chronically treated with therapeutic concentrations of PHT have an enhanced capacity to control elevated extracellular potassium levels. Return of the Em to control values at PHT concentrations > 10-5M suggests that these cells are less able to regulate extracellular potassium. These data can partially explain the excitatory effects of PHT at high therapeutic concentrations. RESUME L'activite des enzymes impliques dans le transport anionique et cationique, la concentration du potassium intracellulaire (K+i) et le potentiel trans-membranaire (Em) ont ete determines apres exposition aigue et chronqieu de cultures astrogliales primaires a des concentrations micromolaires de phenytoine (PHT). L'activite Na+-ATPase d'homogenats de cellules gliales en culture a ete determinee en presence de concentrations croissantes de K+ (1-20m.M), En aigu, la PHT avait peu d'effect sur le pattern d'activation du K- de la Na-, K+-ATPase. Au contaire, en traitement chronqiue, le pourcentage de Na+, K+-ATPase activee par l'augmentation de la concentration en k-, augmentait en fonction de la dose. Cet effet s'accompagnait d'une augmentation marquee du K- du K+ 1 et d'une hyperpolarisation significative de la membrane. L'effet aigu de la PHT sur l'Em etait biphasique, caracterisee par une hyperpolarisation memberanaire a des concentrations allant de 1 times 10-6a 1 times 10-5M. Pour les concentrations entre 1 times 10-5M et 1 times 10-4M, l'Em revenait progressivement aux valeurs de controle. Ces resultats suggerent que les cellules gliales traitees de fa¸on aigue ou chronique par des concentrations therapeutiques de PHT ont une capacitea controler l'elevationdu potassium extracellulaire. Le retour de l'Em aux valeurs de controle lorsque les concentrations de PHT sont superieures a 1 times 10-5M suggere que ces cellules sont moins capables de reguler le potassium extracellulaire. Ces donnees peuvent expliquer partiellement les effets excitants de la PHT a des concentrations therapeutiques elevees. RESUMEN Se ha determinado lo actividad de las enzimas que participan en el transporte de aniones y cationes, la concentracion intracelular de potasio (K+i), y el potencial trans-membrana (Em) tras la exposicion cronica y aguda de cultivos promarios de astroglia a unas concetraciones micromolares de fenitoina (PHT). La actividad de Na-, K--ATPasa de los homogeneizados de celulas gliales cultivadas, se determino en presencia de concentraciones incrementadas de K- (1–20 mM). En forma aguda, la PHT mostro escaso efecto en el patro de activacion del K+ sobre la mostroa escaso efecto en el patron de activacion del K+ sobre la Na+, K+-ATPase. Por el contrario el porcentaje de la Na- K+-ATPasa, activada mediante la elevacion de la concentracion de K+, se incremento en forma dosis-dependiente en el tratamiento cronico con PHT, Este efecto se acompano de un incremento marcado de K+i y de una hiperpolarizacion de la membrana, significativa. El efecto agudo de la PHT sobre la Em fue bifasico y se caracterizo por una hiperpolarizacion de la membrana a concentraciones de 1 times 10-6a 1 times 10-5M. En concentraciones entre 1 times 10-5M y 1 times 10-4M, la Em regreso progresivamente a los valores control. Estos resultados sugieren que las c4eAlulas gliales tratadas aguda y cronicamente con concentraciones terapeuticas de PHT muestran una regulacion incrementada delpotasio extracelular elevado. El retorno de los Em a valores control, a concentraciones de PHT mayores que 1 times 10-5M sugiere que estas celulas son menos capaces de regular el potasio extracelular. Esta informacion puede explicar parcialmente los efectos excitatorios de la PHT en concentraciones terapeuticas elevadas.