İntrahipokampal roscovitine infuzyonun sinaptik plastisite formlarının  oluşumundaki rolünün incelenmesi
Investigation of the role of intrahippocampal roscovitine infusion in the formation of synaptic plasticity forms
Yazar: SALİME AKÇAKAYA TEK
Danışman: PROF. DR. CEM SÜER
Erciyes Üniversitesi / Tıp Fakültesi / Fizyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Tıpta Uzmanlık, 2022
Konu: Fizyoloji = Physiology
Dizin: Gen ifadesi = Gene expression ; Genler = Genes ; Hipokampus = Hippocampus ; Nöronal plastisite = Neuronal plasticity ; Roscovitine = Roscovitine ; Sinapslar = Synapses ; Sinaptik iletişim = Synaptic transmission ; Tau proteinleri = Tau proteins

Özet:
CDK5 ENZİM REGÜLATÖRLERİNİN SİNAPTİK PLASTİSİTE FORMLARININ OLUŞUMUNDAKİ  ROLÜNÜN İNCELENMESİ

ÖZET
Amaç: Siklin bağımlı kinaz 5 (Cdk5), aynı adlı gen tarafından kodlanan bir proteindir. Aktivitesi p35 ve p39 gibi aktivatörlerle etkileşime bağlı olan Cdk5 sinir sisteminde nöronal tabakaların oluşumu, transmisyon, presinaptik salım gibi işlevler yanı sıra hipokampal sinaptik plastisite ilişkili bir kinazdır. Ancak, aynı zamanda bir tau-kinaz olan Cdk5'in plastisiteye eşlik eden tau proteinin fosforilasyonunu nasıl etkilediği bilinmemektedir. Bu çalışmada Cdk5 inhibitörü (Roscovitine) infüyonuzyonu altında UDG (Uzun Dönemli Güçlenme), UDB (Uzun Dönemli Baskılanma) ve metaplastisite (MP) gibi sinaptik plastisite formlarına eşlik eden  Cdk5, tau gen ekspresyon  ve  protein  düzeylerindeki değişiklikler değerlendirilmiştir.

Yöntem ve Gereçler: Çalışmada 108 adet Wistar albino erkek sıçan kullanıldı. Her bir grupta 36 sıçan olacak şekilde 3 gruba ayrıldı. Gruplarda uygulanan UDG,UDB ve metaplastisite protokollerinin her biri için 12 sıçan kullanıldı. Anestezi altında stereotaksik çatıya yerleştirilen sıçanların dentat girusundan (DG) eksitatör postsinaptik potansiyel (EPSP) ve populasyon spike (PS) alan potansiyelleri kaydedildi. Farklı plastisite formlarını indükleyebilmek için yüksek frekanslı uyarım (YFU), düşük frekanslı uyarım (DFU), tek başına veya birlikte, perforan yola verildi. İndüksiyon protokollerinin başlaması ile birlikte 1 saat süre ile DG'ye serum fizyoloijk (SF) veya Roscovitine (20 µM veya Roscovitine 100 µM) infüzyonları yapıldı. Alan potansiyellerinin kaydından hemen sonra çıkartılan hipokampus dokusunda Cdk5- ve MAPT-mRNA seviyeleri gerçek zamanlı PCR yöntemi ile, proteinlerin toplam ve fosforillenmiş formları (p-ser416tau, p- thr181tau, p- ser159Cdk5 ve p- tyr15Cdk5 düzeyleri Western-blot yöntemi ile ölçüldü. 
Bulgular: YFU ile indüklenen sinaptik ve somatik UDG, Roscovitine infüzyonundan etkilenmedi ancak UDG'ye eşlik eden Cdk5 gen anlatımı azalmış bulundu. DFU, ancak 100 µM Roscovitine infüzyonu yapıldığında UDB indükleyebildi; DFU ile indüklenen somatik UDG ise Roscovitine varlığında baskılandı. Roscovitine'in Cdk5 gen anlatımını baskılayıcı etkisi DFU ile uyarılmış hipokampal dokularda da görüldü. Kontrol grubunda DFU, sonrasında uygulanan YFU'la oluşacak olan sinaptik UDG'yi inhibe ederken; bu metaplastik inhibisyon Roscovitine'in infüze edildiği deneylerde görülmedi.  Roscovitine'in metaplastik UDG inhibisyonunu engelleyici etkisi MAPT gen anlatımında azalma ile birlikteydi. Plastisite ilişkili Cdk5 ve tau protein seviyeleri ve bu proteinlerin ölçülen epitoplarındaki fosforilasyon düzeyleri Cdk5 infüzyonundan anlamlı düzeyde etkilenmedi.
Sonuç: Çalışma bulguları, fizyolojik plastisite formları ve plastisite ilişkili gen anlatımının fizyolojik sınırlar içinde kalması için Cdk5 aktivitesinin önemli olduğunu; Ckd5 aktivitesi değiştiğinde DG granül hücrelerinin sinaptik ve somatik çıktıları bağlamında farklı plastisite formlarının oluşabileceğini ve plastisiteye eşlik eden Cdk5 ve MAPT gen anlatımının değişecebileceğini göstermektedir. Bu etkilerin, kanser, nörodejenerasyon, inflamasyon, viral enfeksiyonlar, polikistik böbrek ve glomerülonefrit gibi hastalıkların tedavisinde bir potansiyel ajan olarak düşünülen Roscovitine'in tedavi amaçlı kullanımında dikkate alınması gereklidir. 
Anahtar kelimeler: Sinaptik plastisite formları (UDG, UDB, MP) Cdk5, Tau, Hipokampüs, Roscovitine

Abstract:
INVESTIGATION OF THE ROLE OF INTRAHIPPOCAMPAL ROSCOVITINE INFUSION IN THE FORMATION OF SYNAPTIC PLASTICITY FORMS
ABSTRACT
Aim: Cyclin-dependent kinase 5 (Cdk5) is a protein encoded by the gene of the same name. Cdk5, whose activity depends on the interaction with activators such as p35 and p39, is a kinase associated with hippocampal synaptic plasticity, as well as functions such as the formation of neuronal layers, transmission, presynaptic release in the nervous system. However, it is unknown how Cdk5, also a tau-kinase, affects the phosphorylation of the tau protein that accompanies plasticity. In this study, changes in Cdk5 , tau gene expression and protein levels accompanying synaptic plasticity forms such as LTP (Long Term Potentiation) , LTD (Long Term Depression) and metaplasticity under Cdk5 inhibitor (Roscovitine) infusion were evaluated.
Materials and Methods: 108 Wistar albino male rats were used in the study. They were divided into 3 groups with 36 rats in each group. 12 rats were used for each of the LTP, LTD and metaplasticity protocols applied in the groups. The excitatory postsynaptic potential (EPSP) and population spike (PS) field potentials were recorded from the dentate gyrus (DG) of the rats placed on the stereotaxic roof under anesthesia. In order to induce different forms of plasticity, high-frequency stimulation (HFS), low-frequency stimulation (LFS), alone or in combination, were given to the perforating pathway. With the start of the induction protocols, serum physiological (SF) or Roscovitine (20 µM or Roscovitine 100 µM) infusions were administered to the DG for 1 hour. Cdk5- and MAPT-mRNA levels in the hippocampus tissue removed immediately after the recording of the field potentials were measured by real-time PCR method, and total and phosphorylated forms of proteins (p-ser416tau, p-thr181tau, p-ser159Cdk5 and p-tyr15Cdk5 levels were measured by Western-blot method.
Results: Synaptic and somatic LTP induced by HFS were not affected by Roscovitine infusion, but Cdk5 gene expression accompanying LFS was found to be decreased. LFS was able to induce LTD only when 100 µM Roscovitine was infused; Somatic LTP induced by LFS was suppressed in the presence of Roscovitine. The suppressive effect of Roscovitine on Cdk5 gene expression was also observed in LFS-stimulated Hippocampal tissues. In the control group, while LFS inhibited the synaptic LTP that would be formed with the subsequent HFS; this metaplastic inhibition was not seen in experiments in which Roscovitine was infused. The inhibitory effect of Roscovitine on metaplastic LTP inhibition was associated with a decrease in MAPT gene expression. Plasticity-related Cdk5 and tau protein levels and phosphorylation levels in the measured epitopes of these proteins were not significantly affected by Cdk5 infusion.
Conclusion: The study findings suggest that Cdk5 activity is important for physiological forms of plasticity and plasticity-related gene expression to remain within physiological limits; It shows that when Ckd5 activity changes, different forms of plasticity may occur in the context of synaptic and somatic output of DG granule cells, and Cdk5 and MAPT gene expression accompanying plasticity may change. These effects should be considered in the therapeutic use of Roscovitine, which is considered as a potential agent in the treatment of diseases such as cancer, neurodegeneration, inflammation, viral infections, polycystic kidney and glomerulonephritis.
Keywords: Forms of synaptic plasticity ( LTP, LTD and MP), Cdk5, Tau, Hippocampus, Roscovitine