Otistik fare modelinde yüksek şeker diyetinin mirna ekspresyon seviyeleri ve davranış fenotipi üzerine etkisi
The effect of hi̇gh sugar diet on mirna expression levels and behavior phonetype in the authistic mouse model
Yazar: NURİYE GÖKÇE
Danışman: PROF. DR. YUSUF ÖZKUL
Erciyes Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Tıbbi Genetik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Genetik = Genetics

Özet:
Otizm merkezi sinir sistemini etkileyen, etiyolojisi tam olarak açıklanamamış multifaktöriyel bir hastalıktır. Epigenetik, DNA dizisinde herhangi bir değişiklik olmaksızın gen ifadesini doğrudan etkileyen değişikliklerin incelenmesini ifade etmektedir. Epigenetik mekanizmalar transkripsiyonel ve post-transkripsiyonel ve/veya translasyonel ve post-translasyonel seviyede değişimler ile bir genin aktivitesini değiştirebilirler. Post-transkripsiyonel mekanizmalardan olan mikroRNA'lar (miRNA), küçük kodlanmayan RNA'ların en iyi karakterize olmuş alt tipini oluştururlar. miRNA'ların gelişim, protein salınımı ve gen düzenlenmesi gibi olaylarda kritik görevleri vardır.  
Literatürde yapılan çalışmalarda otizm hastalarında uygulanan farklı diyet programları ile davranışlarının şiddetinin değiştiği ve bununla birlikte birçok hastalıkta da uygulanan diyetlerin ilişkili genlerin ekspresyon seviyelerini değiştirebildiği gösterilmiştir. Literatürdeki bilgilere göre otizmli çocuklarda ve onların ailelerinde 6 miRNA'nın ekspresyon seviyesinin düşük olduğu tespit edilmiştir. Bu çalışmada otizmli hastalarda ve otizm benzeri davranış gösteren fare modellerinde düşük eksprese olduğu yapılan daha önceki çalışmalarda gösterilen miRNA'lardan 5 tanesinin (miR-19a-3p, miR-361-5p, miR-150-5p, miR-126-3p, miR-499a-5p) ekspresyon seviyelerinin yüksek şeker diyetinden etkilenip etkilenmediklerinin ortaya konması amaçlanmıştır. Bu nedenle Valproik asit (VPA) uygulanan ve literatürde otizm benzeri davranış gösterdiği kanıtlanmış VPA grubu fare modeli ile transgenik Cc2d1a heterozigot (+/-) fare modeli kullanılarak; yeni doğan farelere doğar doğmaz %20, %30 ve %10 (normal yem, kontrol) şeker içeren yemler ile beslendikten sonra 2 aylık olduklarında davranış testleri yapılmıştır. Davranış deneyleri sonrasında farelerin sakrifikasyon işlemleri yapılarak hipokampüs, sperm ve kan dokularında otizm ile ilişkili markır olarak tanımlanan miRNA'ların ekspresyon seviyeleri üzerine yüksek şeker diyetinin etkileri incelenmiştir. Yaptığımız çalışma sonucunda özellikle Cc2d1a (+/-) farelerde %20'lik yüksek şeker diyetinin %10'luk şeker diyet grubuna göre anlamlı davranışsal değişiklikler gösterdiği tespit edilmiştir. Bununla birlikte, özellikle %30'luk yüksek şeker diyet grubunda, sperm miRNA ekspresyon profillerinin belirgin şekilde değiştiği tespit edilmiştir. Bu çalışmadan elde ettiğimiz sonuçlar otizmde uygulanan diyetlerin hem davranış hem de moleküler fenotipi değiştirebileceğini göstermiştir. Ayrıca özellikle %30'luk şeker diyeti uyguladığımız grupta sperm miRNA ekspresyon profilindeki değişiklikler beslenme şeklinin sonraki kuşakları belirgin şekilde etkileyebileceğini göstermektedir.

Anahtar kelimeler: Cc2d1a (+/-); Otizm; Şeker Diyeti; VPA.

Abstract:
Autism is a multifactorial disease affecting the central nervous system and the etiology of autism has not been fully explained. Epigenetics refers to the study of changes that directly affect gene expression without any change in the DNA sequence. Epigenetic mechanisms can alter the activity of a gene by changes at the transcriptional and post-transcriptional and/or translational and post-translational levels. MicroRNAs (miRNAs) which is one of the post-transcriptional mechanism, constitute the best-characterized subtype of small non-coding RNAs. Also miRNAs have critical roles in development, protein secretion, and gene regulation. Studies in the literature have shown that the severity of their behavior changes with different diet programs applied in autistic patients. It has also been shown that diets applied in many diseases can change the expression levels of related genes.
It has been shown in different studies in the literature that, different diet programs applied to patients with autism changes the severity of their behaviour. It has also been shown that diets applied in many diseases can change the expression levels of related genes. Expression level of six miRNAs is low in children with autism and their families according to literature. In this study, it was aimed to determine whether the expression levels of five of the miRNAs (miR-19a-3p, miR-361-5p, miR-150-5p, miR-126-3p, miR-499a-5p), which were shown to be low-expressed in autistic patients and mouse models with autism-like behavior in previous studies, are affected with a high sugar diet. For this reason, Behavioral tests were performed on newborn mice when they were 2 months old after being fed diets containing 20%, 30%, and 10% (normal feed, control) sugar as soon as they were born by using the Valproik asit (VPA) group mouse model, which was applied VPA and proved to show autism-like behavior in the literature, and the transgenic Cc2d1a heterozygous (+/-) mouse model.  After the behavioral experiments, the mice were sacrificed and the effects of a high sugar diet on the expression levels of miRNAs, which are defined as autism-related markers, were investigated in hippocampus, sperm and blood tissues. As a result of our study, it was determined that the 20% high sugar diet showed significant behavioral changes compared to the 10% sugar diet group, especially in Cc2d1a (+/-) mice. However, it was determined that sperm miRNA expression profiles changed significantly, especially in the 30% high sugar diet group. Diets applied in autism can change both behavior and molecular phenotype according to the results we obtained from this study. In addition, the changes in the sperm miRNA expression profile, especially in the group on which we applied a 30% sugar diet, show that the diet can significantly affect the next generations.

Key Words: Autism; Cc2d1a (+/-); Sugar Diet; VPA.