Dopa yanıtlı distoni fare modelinde kolinerjik sistemin rolü
The role of striatal cholinergic system in a mouse model of dopa-responsive dystonia
Yazar: GÜL YALÇIN ÇAKMAKLI
Danışman: PROF. DR. BÜLENT ELİBOL
Hacettepe Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Temel Nörolojik Bilimler Ana Bilim Dalı / Temel Nörolojik Bilimler Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Fizyopatoloji = Physiopathology ; Genetik = Genetics ; Nöroloji = Neurology
Dizin: Asetilkolin = Acetylcholine ; Distoni = Dystonia ; Dopamin = Dopamine ; GABA = GABA ; Hareket bozuklukları = Movement disorders ; Muskarin = Muscarine ; Parvalbüminler = Parvalbumins ; Reseptörler-kolinerjik = Receptors-cholinergic ; Reseptörler-muskarinik = Receptors-muscarinic ; Yaşlanma = Aging

Özet:
Distoni, etiyolojisi gibi patofizyolojisi de oldukça heterojen olan bir hastalık grubu olup üçüncü en sık hareket bozukluğudur. Striatal kolinerjik disfonksiyon pek çok genetik ve semptomatik distoni formunda temel patofizyolojik mekanizma olarak rol oynamaktadır. Tedavide antikolinerjik ajanların etkili olması da bu görüşü desteklemektedir. Bununla birlikte, distoninin altında yatan striatal kolinerjik bozukluk çok iyi anlaşılabilmiş değildir. Yakın dönemde Dopamine yanıtlı distoni (DRD) hastalarında görülen tirozin hidroksilaz (TH) geni p.381Q>K (c.1141C>A) mutasyonu "knock-in" yöntemiyle fare genomuna yerleştirilerek oluşturulan DRD fare modelinde, hastalarda görüldüğü gibi genç erişkinlik döneminde, gün içinde kötüleşen, L-DOPA ve yüksek doz antikolinerjik triheksifenidil tedavilerine iyi yanıt veren distoni saptandı. Etiyoloji ve kliniği bir arada taklit edebilme özelliğiyle yapısal, nörokimyasal ve patofizyolojik değişiklikleri çalışmak için ideal olan bu modelde olası striatal kolinerjik sistem değişikliklerinin değerlendirilmesi için öncelikle 3-aylık genç ve 15-aylık yaşlı farelerde striatal kolinerjik internöronların (ChI) sayısı ve fonksiyonel striatal bölgelerdeki dağılımı tarafsız stereolojik sayımlar yapılarak incelendi, sadece 3 aylık DRD fare grubunda, post-komissüral dorsal bölgede kontrollere göre istatistiksel olarak anlamlı sayı artışı bulundu (p < 0,05). Diğer bölgeler için herhangi bir fark saptanmadı, 15-aylık farelerde de toplam sayı ve dağılım yönünden bir fark izlenmedi ve yaşlanma ile birlikte distoni kliniği kaybolduğu halde bunun striatal ChI'ler açısından bir karşılığı olmadığı görüldü. ChI'lerin dendritik ağacının genişliği ve dallanma sayısı Sholl analizi ile değerlendirildi ve DRD farelerde orta ve kaudal striatumda kontrollere göre istatistiksel olarak anlamlı azalma saptandı (p <0,05). Muskarinik reseptörler ile ilgili olası değişiklikler striatal kesitlerde M1 ve M4 immünohistokimyasal işaretleme yapılarak incelendi ancak DRD fareler ile kontroller arasında herhangi bir fark izlenmedi. Distoni patofizyolojisinde rolü olabilecek bir diğer striatal internöron grubu olan parvalbumin pozitif nöronlarda DRD farelerde kontrollere kıyasla sayıca bir değişiklik olmadığı görüldü. Son olarak tirozin hidroksilaz işaretlemesi ile DRD farelerin striatumunda özellikle rostral, orta ve ventral striatumda önemli bir sayı artışı olduğu saptandı. Elektron mikroskopik incelemelerde dorsal striatumda dopaminerjik ve kolinerjik terminallerle ilgili anlamlı bir değişiklik olmadığı izlendi. Sonuç olarak, DRD fare modelinde, striatal ChI'lerin dendritik ağacının genişliğinde ve dallanma sayısında saptanan azalmanın distoni patofizyolojisine ışık tutabilecek önemli bir öncül bulgu olabileceği ve bu bulgunun daha ileri yöntemlerle araştırılması gerektiği düşünülmüştür.

Abstract:
Dystonia, which is the third most common movement disorder, is a heterogeneous group of diseases both etiologically and pathophysiologically. Striatal cholinergic dysfunction is a common pathophysiologiccal mechanism associated with various forms of both genetic and secondary dystonia in which anti-cholinergic drugs have some therapeutic benefits. However, the underlying substrate of striatal cholinergic defects in dystonia remain poorly understood. In this thesis, a recently developed knock-in mouse model homozygous for the c.1160C>A TH mutation, which is homologous to human dopamine responsive dystonia (DRD) causing TH mutation p.381Q>K, with strong symptomatic responses to L-DOPA and anti-cholinergic drugs was used, to assess the changes in the prevalence and morphology of striatal cholinergic interneurons (ChIs). Unbiased stereological neuronal counts were used for detecting possible changes in the number of striatal ChIs and to determine the potential effect of aging on the number of ChIs in both young (3 months old) and aged (15 months old) mice. No significant difference was found in the total number of ChAT-positive neurons in any of the functional striatal regions examined, except in the dorsal division of the post-commissural striatum where a significantly larger number of ChAT-positive neurons was counted in DRD mice compared to controls (p < 0.05). No change in the number and distribution of ChIs was found in aged animals. Subtle but statistically significant decrease in the extent and complexity of the dendritic tree of ChIs were found in middle and caudal regions of the striatum in DRD mice compared to controls (p < 0.05). Additional immunohistochemical data also suggested lack of significant change in the expression of striatal cholinergic M1 and M4 muscarinic receptors immunoreactivity in DRD mice. As changes in GABAergic parvalbumin (PV)-immunoreactive striatal interneurons were also accused in the pathophysiology of dystonia, the number of PV-positive neurons was also evaluated in only young mice, showing no change between DRD and control mice. Tyrosine hydroxylase (TH) immunostaining revealed increase in the number of TH-positive cells throughout the striatum more prominent in the rostral, middle and ventral regions in DRD mice only. Electon microscopic imaging of dopaminergic and cholinergic terminals in the striatum did not show any significant change. In conclusion, the decrease in the extent and complexity of the dendritic tree of striatal ChIs in the DRD mouse model may be an important antecedent finding that may shed light on the pathophysiology of dystonia, and this finding should be investigated with further methods.