Hipotiroidi ve hipertiroidi modeli oluşturulmuş sıçanların hipokampüsünde metaplastisite yanıtlarının ve sinyal yolaklarının araştırılması
Investigation of metaplasticity responses and signal pathways in the hippocampus of hypothyroidism and hyperthyroidism rat models
Yazar: BURAK TAN
Danışman: PROF. DR. CEM SÜER
Erciyes Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Fizyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Fizyoloji = Physiology
Dizin: Hayvan deneyleri = Animal experimentation ; Hipertiroidizm = Hyperthyroidism ; Hipokampus = Hippocampus ; Hipotiroidizm = Hypothyroidism ; Metaplazi = Metaplasia ; Sinaptik iletişim = Synaptic transmission ; Sinyal nakli = Signal transduction ; Sıçanlar = Rats ; Tiroid hastalıkları = Thyroid diseases ; Tiroid neoplazmları = Thyroid neoplasms

Özet:
Yetişkin dönemde meydana gelen hipotiroidi ve hipertiroidi, öğrenme ve bellek fonksiyonlarında ve bu fonksiyonların hücresel temelini oluşturan uzun dönemli güçlenme (UDG) ve uzun dönemli baskılanma (UDB) yanıtlarında bozukluklara yol açar.  UDG ve UDB, sinaptik aktivitenin öyküsüne bağlı olarak düzenlenebilir. Metaplastisite olarak adlandırılan bu fenomen, sinaptik plastisitenin plastisitesi olarak tanımlanır. Bu çalışmada, tiroid hormon düzeyindeki azalma ve artma ile metaplastiste yanıtlarında meydana gelen değişiklikler ile bu değişikliklere aracılık eden Akt ve MAPK protein aktivitelerinin araştırılması amaçlanmıştır. 
Çalışmada 60 adet Wistar albino erkek sıçan kullanıldı. Sıçanlar kontrol, hipotiroidi ve hipertiroidi olmak üzere üç gruba ayrıldı (her bir grup için, n=20). Hipotiroidi için 20 mg/kg dozda propiltiyourasil (PTU) içme suları ile, hipertiroidi için 400 µg/kg dozda L-Tiroksin intraperitoneal (İp) olarak 21 gün süreyle verildi. Metaplastisite yanıtlarının kaydı için, perforan yolağa 1 Hz ve 5 Hz'lik 2 ayrı primig uyarı verildi, sonrasında 5'er dakika ara ile 4 defa 100 Hz'lik yüksek frekanslı uyarım uygulandı. Metaplastisite kayıtları eksitatör post sinaptik potansiyel (EPSP) eğimi ve popülasyon spike (PS) genliği olmak üzere iki farklı bileşen olarak hesaplandı. Uyarılmış hipokampüsler homojenize edilerek, Akt ve MAPK protein düzeyleri western blot yöntemi ile belirlendi.
5 Hz ile prime edilen hipotiroidili sıçanların hipokampal sinapslarında bozulmuş metaplastik UDG yanıtları bulundu. Hipertiroidili sıçanların metaplastik UDG yanıtlarında kontrol grubuna göre anlamlı farklılık gözlenmedi. Hipotiroidili sıçanlarda gözlenen metaplastik bozulmaya Akt (protein kinaz B) fosforilasyonundaki azalmanın eşlik ettiği bulundu. Hipertiroidili sıçanlarda ise Akt fosforilasyonu bakımından kontrol grubuna göre anlamlı farklılık gözlenmedi. 5 Hz ile uyarılan hipokampüslerin p-ERK1/2 ve p-JNK düzeyleri, hipotiroidi veya hipertiroidi durumundan etkilenmeksizin, 1 Hz ile uyarılanlara göre anlamlı düzeyde artış gösterdi.
Sonuç olarak, çalışma bulguları yetişkin dönem başlangıçlı hipotiroidinin fizyolojik metaplastik yanıtı bozduğunu ve Akt fosforilasyonundaki azalmanın bu bozukluğa aracılık edebileceğini göstermektedir. Akt sinyalinin azalması, hipotiroidide gözlenen UDG'nin bozulmuş metaplastik düzenlemesinde rol oynayabileceğini düşündürmektedir. Bu, tiroid hormonlarının plazma seviyelerinin azalması ile ilgili öğrenme güçlüğü ve bilişsel bozulmaların nedeni olabilir.
Anahtar Kelimeler: Metaplastisite, Sinaptik plastisite, Hipotiroidi, Hipertiroidi, Akt, MAPK

Abstract:
Hypothyroidism and hyperthyroidism occurring in adulthood, lead to impairments in learning and memory functions and related cellular basis that can be measured as long term potentiation (LTP) and long term depression (LTD). LTP and LTD can be regulated depending on the history of synaptic activity. This phenomenon, called metaplasticity, is defined as the plasticity of synaptic plasticity. In this study, it was aimed to show the changes in the metaplasticity due to decrease and increase in thyroid hormone levels, focusing on the changes in Akt and MAPK protein activities. 
Sixty Wistar albino male rats were enrolled in the study. The rats were divided into three groups as control, hypothyroidism and hyperthyroidism groups (n=20, for each group). Hypothyroidism and hyperthyroidism were induced by delivering 20 mg/kg po propylthiouracil (PTU) and 400 µg/kg ip L-Thyroxine for 21 days, respectively.  Two different types of priming stimulation (1 Hz and 5 Hz) were given to the perforant pathway. 5-min after this priming, high frequency stimulation of 100 Hz was applied 4 times with 5-min intervals. LTP magnitudes were calculated as the percentage of excitatory post-synaptic potential (EPSP) slope and population spike (PS) amplitude at different 5-min time intervals. Akt and MAPK protein levels were determined in the stimulated hippocampi by western blot method. 
Metaplastic 5-Hz LTP was impaired in the hippocampal synapses of hypothyroid rats, while did not differ significantly compared to the control rats in hyperthyroid rats. Metaplastic impairment in rats with hypothyroidism was found to be accompanied by a decrease in Akt (protein kinase B) phosphorylation. There was no significant difference in Akt phosphorylation in hyperthyroid rats compared to the control group. p-ERK1/2 and p-JNK levels of 5 Hz stimulated hippocampi, without being affected by hypothyroidism or hyperthyroidism, increased significantly compared to those stimulated with 1 Hz. 
The study findings suggest that hypothyroidism, probably decreasing Akt phosphorylation, disrupts physiological metaplastic response. This may be the cause of learning disabilities and cognitive impairment associated with decreased plasma levels of THs.
Key words: Metaplasticity, Synaptic plasticity, Hypothyroid, Hyperthyroid, Akt, MAPK