Doksorubisin ile oluşturulan deneysel iskelet kası atrofisi modelinde mitokondri transplantasyonu ve egzersizin etkileri
Effects of mitochondria transplantation and exercise in an experimental model of skeletal muscle atrophy induced by doxorubicin
Yazar: GÖKHAN BURÇİN KUBAT
Danışman: DOÇ. DR. MELTEM TUNCER
Hacettepe Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Spor Bilimleri ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Fizyoloji = Physiology ; Spor = Sports
Dizin: Doksorubisin = Doxorubicin ; Egzersiz = Exercise ; Kas atrofisi = Muscular atrophy

Özet:
Doksorubisin (DOX), birçok farklı kanser türünü tedavi etmek için kullanılan ama toksik etkilere sahip bir kanser ilacıdır. Bu toksik etkisi nedeniyle iskelet kası atrofisine yol açtığı çeşitli çalışmalarda gösterilmiştir. Egzersiz DOX'un antineoplastik özelliklerini etkilemeden iskelet kası atrofisine karşı özellikle mitokondriyal yolaklar üzerinden etki etmektedir. Bununla birlikte mitokondri transplantasyonu, toksisiteyi, nörodejeneratif bozuklukları, kalp, böbrek, karaciğer hasarlarını azaltabilirken, iskelet kası atrofisi üzerindeki etkileri az bilinmektedir. Çalışmanın amacı, sıçanlarda DOX ile oluşturulan iskelet kası atrofisi modelinde mitokondri transplantasyonu ve egzersizin iyileşmeye olan katkılarının değerlendirilmesidir. Çalışmada erkek Sprague Dawley sıçanlar; kontrol (K), DOX (D), DOX ve mitokondri (DM), DOX ve egzersiz (DE), DOX, egzersiz ve mitokondri (DEM) gruplarına (n=8/grup) ayrılmıştır. Egzersiz grubundaki (DE) sıçanlara 10 günlük koşu egzersizi yaptırılmış ve mitokondri grubuna (DM) DOX enjeksiyonu öncesinde birer gün arayla 2 doz mitokondri transplantasyonu yapılmıştır. Egzersiz ve mitokondri grubuna (DEM) ise hem egzersiz hem de mitokondri transplantasyonu birlikte uygulanmıştır. Kas atrofisi oluşturmak için D, DM, DE ve DEM gruplarına 20 mg/kg DOX enjeksiyonu yapılmıştır. İzole edilen mitokondrilerin membran bütünlüğü ve potansiyeli için MitoTracker Red CMXROS, MitoSpy Green FM ve JC-1 analizleri yapılmıştır. Tibialis anterior kasında, kas ağırlıkları ölçümü, histolojik analizler (H-E, SDH ve PAS), immünhistokimyasal analizler (Kaspaz-3, NF-κB, DRP-1 ve MFN-2), kan örnekleri biyokimyasal analizleri (üre, LDH, ALT ve AST) ve oksidatif stres analizleri (TAS ve TOS) yapıldı. Grupların tibialis anterior kas ağırlıkları karşılaştırıldığında DE ve DEM grupları K grubuna göre anlamlı olarak artmıştır (P < 0,05). Son vücut ağırlıkları karşılaştırıldığında DM, DE, DEM grupları D grubuna göre anlamlı olarak artmıştır (P < 0,05). Tibialis anterior enine kesit alanı için D grubu K grubuna göre azalmış, DE ve DEM grupları D grubuna göre artmıştır (P < 0,05). SDH düzeyleri D grubuna göre tüm gruplarda anlamlı derecede yüksek bulunmuştur (P < 0,05). Üre düzeyleri D ve DM gruplarında K grubuna göre yüksek ama DE grubunda ise anlamlı derecede düşük (P < 0,05), ALT düzeyleri ise DM, DE, DEM gruplarında K grubuna göre anlamlı derecede yüksek bulunmuştur (P < 0,05). Kaspaz-3 düzeyi D ve DM grubunda DE ve DEM gruplarına göre anlamlı olarak yüksek (P < 0,05), NF-κB düzeyi ise D grubunda K grubuna göre yüksek iken DM, DE, DEM gruplarında D grubuna göre düşük bulunmuştur (P < 0,05). DRP-1 düzeyi D ve DE gruplarında K grubuna göre yüksek ama DM ve DEM gruplarında ise D grubuna göre düşük (P < 0,05), MFN-2 düzeyi DM ve DE gruplarında K grubuna göre yüksek ve DE grubunda D grubuna göre de yüksek bulunmuştur (P < 0,05). TOS analizinde DE grubu K ve DM grubuna göre düşük iken TAS analizinde DE ve DEM grupları K grubuna göre yüksek bulunmuştur (P < 0,05). Bu sonuçlar egzersizin kas atrofisinin önlenmesindeki rolünün önemli olduğunu ve mitokondri transplantasyonu ile birlikte etkisinin daha fazla olduğunu göstermiştir.

Abstract:
Doxorubicin (DOX) is a chemotherapy drug that serves to treat many different forms of cancer but has hazardous side effects. It has been demonstrated in several studies that its toxic effect induces skeletal muscle atrophy. Exercise prevents skeletal muscle atrophy, particularly via mitochondrial pathways, without altering DOX's antineoplastic effects. While mitochondria transplantation may mitigate toxicity, neurological disorders, heart, kidney, and liver damage, its effects on skeletal muscle atrophy remain unknown. The goal of the study was to assess how exercise and mitochondrial transplantation affected recovery in a rat model of DOX-induced skeletal muscle atrophy. In this study, male Sprague Dawley rats were divided into control (K), DOX (D), DOX and mitochondria (DM), DOX and exercise (DE), DOX, exercise and mitochondria (DEM) groups (n=8/group). Before receiving a dosage of DOX, the rats in the exercise group (DE) underwent a 10-day running exercise whereas those in the mitochondrial group (DM) received two doses of mitochondrial transplantation. In the exercise and mitochondria group (DEM), both exercise and mitochondria transplantation were applied together. The D, DM, DE, and DEM groups received a 20 mg/kg DOX injection to induce muscular atrophy. MitoTracker Red CMXROS, MitoSpy Green FM, and JC-1 analysis were performed for the membrane integrity and potential of the isolated mitochondria. In the tibialis anterior muscle, measurement of muscle weights, histological analysis (H-E, SDH, and PAS), immunohistochemical analysis (Caspase-3, NF-κB, DRP-1, and MFN-2), biochemical analysis of blood samples (urea, LDH, ALT, and AST) and oxidative stress analysis (TAS and TOS) were performed. When the tibialis anterior muscle weights of the groups were compared DE and DEM groups increased significantly compared to the K group (P < 0.05). When the final body weights were compared, the DM, DE, and DEM groups increased significantly compared to the D group (P < 0.05). For the tibialis anterior cross-sectional area, the D group decreased compared to the K group, DE and DEM groups increased compared to the D group (P < 0.05). SDH levels were found to be significantly higher in all groups compared to the group D (P < 0.05). Urea levels were higher in D and DM groups compared to the K group, but significantly lower in the DE group (P < 0.05), and ALT levels were significantly higher in DM, DE, DEM groups compared to the K group (P < 0.05). Caspase-3 level was found to be significantly higher in D and DM groups compared to DE and DEM groups (P < 0.05), while NF-kB level was higher in D group than K group, and lower in DM, DE, DEM groups compared to D group (P < 0.05). DRP-1 level was higher in D and DE groups than K group and was lower in DM and DEM groups than D group (P < 0.05). MFN-2 level was higher in DM and DE groups than the K group and was higher in the DE group than the D group (P < 0.05). DE group was lower than K and DM groups in the TOS analysis, while DE and DEM groups were higher than the K group in the TAS analysis (P < 0.05). These results demonstrated that the role of exercise in preventing muscle atrophy is important, but it is more effective with mitochondria transplantation.