Hipotiroidili sıçan hipokampüsünde sinaptik plastisite ilişkili tau proteinlerin epitop bağımlı fosforillenme değişimi ve kurkumin etkisinin araştırılması
Investigation on the epitope-dependent phosphorylation change of synaptic plasticity-related tau proteins and the effect of curcumin in the hippocampus of the rats with hypothyroid
Yazar: FERHAT PEKTAŞ
Danışman: PROF. DR. NURCAN DURSUN
Erciyes Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Fizyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Fizyoloji = Physiology
Dizin: Fosforilasyon = Phosphorylation ; Hipokampus = Hippocampus ; Hipotiroidizm = Hypothyroidism ; Kurkumin = Curcumin ; Plastisite = Plasticity ; Sinaptik iletişim = Synaptic transmission ; Tau proteinleri = Tau proteins ; Tiroid hastalıkları = Thyroid diseases

Özet:
Tiroid hormonları, öğrenme-bellek süreçlerinde kritik öneme sahiptir. Tiroid hormon triiyodotironin (T3)'in reseptörüne bağlanamaması non-genomik PI3K/Akt sinyal kaskadını inaktive eder. Akt tarafından fosforillenen bazal durumda aktif glikojen sentaz kinaz 3β (GSK3β) ile protein fosfataz 2A (PP2A) proteinlerindeki artış, uzun dönemli güçlenme (UDG) ile uzun dönemli baskılanma (UDB)'da bozulmaya ve hiperfosforile tau oluşumuna yol açabilir. Kurkumin, PI3K/Akt sinyal molekülleri üzerinden GSK3β ve PP2A proteinlerini modüle eder. Çalışmamızın amacı, hipotiroidinin UDG ve UDB yanıtlarında yaptığı bozulmalarda kurkuminin düzeltici etkisini göstermek, bu etkide PI3K/Akt üzerinden GSK3β, PP2A proteinlerinin rolü olduğunu ortaya koymaktır.
Çalışmada 60 adet Wistar albino erkek sıçan kullanıldı. Sıçanlar kontrol, hipotiroidi (PTU) ve hipotiroidi+kurkumin (PTU+CUR) olmak üzere üç gruba ayrıldı (her bir grup için n=20). Hipotiroidi için içme suyuna 21 gün, 20 mg/kg/gün dozda propiltiyourasil verildi. PTU+CUR grubu için PTU ile birlikte 70 mg/kg/gün dozunda kurkumin intraperitoneal (İp) olarak verildi. Dentat girus'a yerleştirilen elektrotlar vasıtasıyla yüksek frekanslı uyarım (YFU) ile uzun dönemli güçlenme (UDG) ve düşük frekanslı uyarım (DFU) ile uzun dönemli baskılanma (UDB) indüksiyonu oluşturuldu. Hücre dışı alan potansiyelleri kaydedildi. Uyarılmış hipokampüslerde tau epitopları (total-tau, pthr181tau, pser199-202tau, pthr231tau, pser396tau, pser416tau), GSK-3β ve PP2A proteinlerinin toplam ve fosforillenmiş formları (total-GSK-3β, p-GSK-3βser9, total-PP2A, p-PP2A) Western-blot yöntemi ile ölçüldü.
Hipotiroidili grupta UDG oluşmadı, kurkumin verilen hipotiroidilerde UDG yanıtları arttı ve kontrole benzer bulundu. Hipotiroidi UDB'yi artırdı, kurkumin verilmesi UDB'yi değiştirmedi. UDG ve UDB indüklemesi yapılan hipokampüslerde, tau proteinleri gruplar arasında farklılık göstermedi. UDG sonrası p-GSK3β değeri sadece hipotiroidi grubunda yüksek bulundu. Total-PP2A ve p-PP2A hem hipotiroidi hem de PTU+CUR grubunda kontrol grubuna göre yüksek bulundu. UDB sonrası total-PP2A ve p-PP2A düzeyleri sadece hipotiroidide düşük bulundu.
Elde edilen veriler, hipotiroidinin p-GSK3β ve p-PP2A dengesinde bozukluk oluşturarak UDG yanıtlarını inhibe etmiş olabileceği, hipotiroidili hayvanlara kurkumin verilmesinin UDG'deki bozulmayı düzelttiği, fakat bu düzeltmeyi GSK3β/PP2A sinyal yolağından başka bir sinyal yolağı üzerinden yapmış olabileceğini gösterdi. Hipotiroidi UDB'yi hem sinaptik hem de nöronal plastisite düzeyinde artırdı, kurkumin verilmesi UDB cevaplarını nöronal plastisitede UDG'ye çevirdi. UDG ve UDB ile indüklenen hipokampüslerde, hipotiroidinin tau hiperfosforilasyonuna katkısı olmadığı bulundu.
Anahtar Kelimeler: Sinaptik plastisite, Hipotiroidi, Kurkumin, GSK3β/PP2A, Tau

Abstract:
Thyroid hormones are critical in learning-memory processes. The inability of the thyroid hormone triiodothyronine (T3) to bind to its receptor inactivates the non-genomic PI3K/Akt signalling cascade. The increase in basal active glycogen synthase kinase 3β (GSK3β) and protein phosphatase 2A (PP2A) proteins, which are phosphorylated by Akt, may lead to impaired long-term potentiation (LTP), long-term depression (LTD) and formation of hyperphosphorylated tau. Curcumin modulates GSK3β and PP2A proteins via PI3K/Akt signalling molecules. The aim of our study is to show the ameliorate effect of curcumin in the deterioration effects of hypothyroidism on LTP and LTD responses, and to reveal the role of GSK3β, PP2A proteins via PI3K/Akt in this effect.
60 Wistar albino male rats were used in the study. Rats were divided into three groups as control, hypothyroid (PTU) and hypothyroid+curcumin (PTU+CUR) groups (n=20 for each group). Propylthiouracil was given to drinking water at a dose of 20 mg/kg/day for 21 days for hypothyroidism. For the PTU+CUR group, 70 mg/kg/day curcumin was given intraperitoneally (Ip) together with PTU. Long-term potentiation (LTP) with high-frequency stimulation (HFS) and long-term depression (LTD) induction with low-frequency stimulation (LFS) were created through electrodes placed in the dentate gyrus. Extracellular field potentials were recorded. Tau epitopes in stimulated hippocampus (total-tau, pthr181tau, pser199-202tau, pthr231tau, pser396tau, pser416tau), total and phosphorylated forms of GSK-3β and PP2A proteins (total-GSK-3β, p-GSK-3βser9, total-PP2A, p-PP2A)  was measured by the Western-blot method.
LTP did not occur in the hypothyroid group, LTP responses increased in hypothyroid patients given curcumin and were similar to the control group. Hypothyroidism increased LTD, administration of curcumin did not change LTD. In LTP and LTD induced hippocampus, tau proteins did not differ between groups. The p-GSK3β value after LTP was found to be higher only in the hypothyroid group, total-PP2A and p-PP2A were found to be higher in both hypothyroid and PTU+CUR groups compared to the control group. After LTD, total-PP2A and p-PP2A levels were found to be low only in hypothyroidism.
Obtained data showed that hypothyroidism may have inhibited LTP responses by creating a disturbance in the balance of p-GSK3β and p-PP2A, administration of curcumin to animals with hypothyroidism amelioration the deterioration in LTP, but this ameliorate may have been made through a signal pathway other than the GSK3β/PP2A signal pathway. Hypothyroidism increased LTD both at synaptic and neuronal plasticity levels, administration of curcumin converted LTD responses to LTP in neuronal plasticity. It was found that hypothyroidism did not contribute to tau hyperphosphorylation in the hippocampus induced by LTP and LTD.
Keywords: Synaptic plasticity, Hypothyroidism, Curcumin, GSK3β/PP2A, Tau