Hipertiroidi ve hipotiroidi oluşturulmuş sıçanlarda hipokampal amiloid prekürsör protein ile tau fosforilasyon yolağı ilgili gen ifadesindeki değişikliklerin araştırılması
Investigation of hypocampal amyloid precursor protein and tau phosforylation pathway related gene expression in hyperthyroid and hypothyroid rats
Yazar: MELEK BATAKCI
Danışman: PROF. DR. NURCAN DURSUN
Erciyes Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Fizyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Fizyoloji = Physiology
Dizin: Amiloid = Amyloid ; Fosforilasyon = Phosphorylation ; Gen ifadesi = Gene expression ; Hayvan deneyleri = Animal experimentation ; Hipertiroidizm = Hyperthyroidism ; Hipokampus = Hippocampus ; Hipoparatiroidizm = Hypoparathyroidism ; Sıçanlar = Rats ; Tau proteinleri = Tau proteins ; Tiroid hastalıkları = Thyroid diseases

Özet:
Amaç: Tiroid bezinin fonksiyon bozukluklarında hem öğrenme ve bellekte bozulma hem de sinaptik plastisite gücünde azalma bildirilmiştir. Tiroid hormon seviyesindeki değişiklikler sinaptik plastisite ilişkili ve nörodejenatif hastalıklarla ilişkili genlerin ekspresyon düzeyini etkileyebilir. Bu çalışmada tiroid hormon düzensizliği ve nöropatoloji arasındaki ilişkiyi gösterebilmek için; farklı plastisite formlarının indüklenmesine eşlik eden amiloid prekürsör protein ilişkili (BACE1 ve PSEN2) ve tau fosforilasyon ilişkili (GSK3β, CDK5, MAPT, CAPN1, AKT1, P35) proteinlerin mRNA düzeyindeki değişimin tiroid hormon seviyesi ile ilişkisinin araştırılması amaçlanmıştır.
Yöntem ve Gereçler: Çalışmada 54 adet Wistar albino erkek sıçan kullanıldı. Sıçanlar kontrol grubu, hipotiroidi grubu ve hipertiroidi grubu olarak ayrıldı. Hipotiroidi oluşturmak için 20 mg/kg/gün dozda propiltiyourasil içme suyunda, hipertiroidi oluşturmak için 400 µg/kg/gün dozda L-Tiroksin intraperitoneal olarak 21 gün uygulandı. Anestezi altında sıçanların dentat girusundan hücre dışı alan potansiyelleri kayıt edilip eksitatör postsinaptik potansiyel (EPSP) eğimi ve populasyon spike (PS) genliği ölçüldü. Yüksek frekanslı uyarım, düşük frekanslı uyarım veya her iki protokol birlikte kullanılarak uzun dönemli güçlenme (UDG), uzun dönemli baskılanma (UDB) ve metaplastisite (MP) şeklinde 3 farklı plastisite formu indüklendi. İndüksiyondan 1 saat sonra çıkartılan uyarılmış hipokampusler homojenize edilerek tau proteini ilişkili ve amiloid prekürsör protein ilişkili genlerin (GSK3β, CDK5,MAPT, CAPN1, AKT1, P35, BACE1 ve PSEN2) ekspresyon düzeyi real-time PCR yöntemi ile ölçüldü.
Bulgular: YFU indüksiyonuyla kontrol grubu EPSP eğimi ve PS genliğinde, hipertiroidi grubunda ise PS genliğinde UDG oluşumu görüldü. YFU indüksiyonundan sonra çıkarılan hipokampus dokusundaki GSK3β, AKT1, CDK5 ve MAPT genlerinin mRNA düzeylerinde gruplar arasında farklılık bulundu. DFU indüksiyonuyla hiçbir grupta UDB oluşumu görülmemesine rağmen DFU indüksiyonuyla kontrol grubunda PS genliğinde UDG oluştu. DFU indüksiyonundan sonra çıkarılan hipokampus dokusundaki tau fasforilasyonu ilişkili ve amiloid beta prekürsör protein ilişkili genlerin mRNA düzeylerinde gruplar arası farklılık bulundu. Metaplastisite indüksiyonuyla UDB sadece hipotiroidi grubunda oluşurken, UDG bütün grupların PS genliğinde oluştu. MP kaydından sonra çıkarılan hipokampus dokusundaki GSK3β, AKT1, CDK5 ve BACE1 genlerinin mRNA düzeylerinde gruplar arası farklılık bulundu. 
Sonuçlar: Bu çalışma, tiroid hormonunun fizyolojik seviyelerinin öğrenme-belleğin hücresel temeli olan plastisite ve düzenlenmesindeki önemini gösteren bulgular ortaya koymuştur. Hormon seviyesindeki değişmeler, indüksiyon protokolüne bağlı olarak, nöronal plastisite ile ilgili genlerin mRNA ekspresyonunu değiştirmektedir. Bu değişmelerin bazıları nörodejenerasyonda da rolü olan bazı proteinlerin seviyelerini/aktivitelerini değiştirebilir. Ölçülen mRNA anlatımı, kodlanan proteinin fonksiyonu hakkında tek başına yeterli olmadığı için mRNA anlatımındaki değişim ve protein miktarındaki değişimin birlikte olup olmadığının gösterilmesine ihtiyaç vardır.

Anahtar Kelimeler: Hipo/Hipertiroidi, Sinaptik Plastisite, Gen ekspresyonu

Abstract:
Aim: Both learning and memory impairment and decreased synaptic plasticity have been reported in thyroid gland dysfunctions. Changes in thyroid hormone levels may affect the expression level of genes associated with synaptic plasticity and neurodegenerative diseases. In this study, in order to show the relationship between thyroid hormone disorder and neuropathology, it was aimed to investigate the relationship between the change in mRNA level of amyloid precursor protein-related (BACE1 and PSEN2) and tau phosphorylation-related (GSK3β, CDK5,MAPT, CAPN1, AKT1, P35) proteins accompanying the induction of different forms of plasticity and thyroid hormone level.
Materials and Methods: 54 Wistar albino male rats were used in the study. Rats were divided into control group, hypothyroidism group and hyperthyroidism group. Propylthiouracil was administered at a dose of 20 mg/kg/day in drinking water to induce hypothyroidism, and L-thyroxine at a dose of 400 µg/kg/day was administered intraperitoneally for 21 days to induce hyperthyroidism. Extracellular field potentials were recorded from the dentate gyrus of the rats under anesthesia and the excitatory postsynaptic potential (EPSP) slope and population spike (PS) amplitude were measured. Using high-frequency stimulation, low-frequency stimulation or both protocols together, 3 different forms of plasticity were induced as long-term potentiation (LTP), long-term suppression (LTD), and metaplasticity (MP). Excited hippocampus removed 1 hour after induction were homogenized, and expression levels of tau protein-related and amyloid precursor protein-related genes (GSK3β, CDK5,MAPT, CAPN1, AKT1, P35, BACE1 and PSEN2) were measured by real-time PCR method.
Results: With the induction of HFS, LTP formation was observed in the EPSP slope and PS amplitude in the control group, and in the PS amplitude in the hyperthyroid group. There were differences between the groups in the mRNA levels of GSK3β, AKT1, CDK5 and MAPT genes in the hippocampus tissue removed after HFS induction. Although LTD formation was not observed in any group with LFS induction, LTP with PS amplitude occurred in the control group with LFS induction. There were differences between groups in the levels of Tau phosphorylation-related and amyloid beta precursor protein-associated mRNA in the hippocampus tissue removed after LFS induction. With metaplasticity induction, LTD occurred only in the hypothyroid group, while LTP occurred in the PS amplitude of all groups. There were differences between the groups in the mRNA levels of GSK3β, AKT1, CDK5 and BACE1 genes in the hippocampus tissue removed after MP recording.
Conclusions: This study revealed findings showing the importance of physiological levels of thyroid hormone in the regulation of plasticity and plasticity, which is the cellular basis of learning-memory. Changes in hormone level alter mRNA expression of genes related to neuronal plasticity, depending on the induction protocol. Some of these changes can change the levels/activity of some proteins that also play a role in neurodegeneration. Since the measured mRNA expression is not sufficient alone about the function of the encoded protein, there is a need to show whether the change in mRNA expression and the amount of protein coexist.
Key words: Hypo/Hyperthyroidism, Synaptic Plasticity, Gene expression