Sıçan ependim hücrelerinde aquaporin 4 kanallarının immunohistokimyasal dağılımı ve glimfatik sistem üzerine etkilerinin incelenmesi
The evaluation of immunohistochemical expression of aquaporin 4 channels of ependymal cells and it's effects on glymphatic system in the rats
Yazar: FATİH TAŞ
Danışman: PROF. DR. ENDER ERDOĞAN
Selçuk Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Histoloji ve Embriyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Histoloji ve Embriyoloji = Histology and Embryology
Dizin: Akuaporin 4 = Aquaporin 4 ; Ependim = Ependyma ; Glimfatik sistem = Glymphatic system ; Melatonin = Melatonin ; Sıçanlar = Rats ; İmmünohistokimya = Immunohistochemistry

Özet:
Beyinde lenfatik dolaşım olmadığı için, beyin parankiminde biriken ekstrasellüler proteinleri temizleyen alternatif bir mekanizmaya ihtiyaç vardır. Beyin omurilik sıvısı (BOS), beyin parankimine geçerek beyin interstisyel sıvısı ile karışır. BOS, interstisyel sıvıdan ekstrasellüler proteinleri alarak, beynin ihtiyaç fazlası olan maddelerden temizlenmesine aracılık eder. Ekstrasellüler proteinler, astrositik aquaporin 4 (AQP4) kanallarının kolaylaştırdığı bir yolla paravenöz aralığa geçiş yapar. Buraya geçen ekstrasellüler proteinler; kan dolaşımı, subaraknoid aralık veya ven duvarlarını takip ederek ortamdan uzaklaştırılır. Bu sisteme glimfatik sistem adı verilir. Çalışmamızda ependimal AQP4 kanallarının immunohistokimyasal dağılımının farklı fotoperiyodlar ile melatonin alımında nasıl değiştiğini ve bu durumun glimfatik sistem üzerindeki etkilerini göstermeyi amaçladık.
Wistar Albino cinsi dişi ratlardan üç grup oluşturuldu (n=7). Gruplardan birincisi kısa fotoperiyoda (4 hf, 8 saat aydınlık, 16 saat karanlık), ikincisi uzun fotoperiyoda (4 hf, 16 saat aydınlık, 8 saat karanlık), üçüncüsü ise uzun fotoperiyod + melatonine (4 mg/kg/gün)  maruz bırakıldı. Daha sonra beyin dokularından alınan kesitler vimentin, AQP4 ve ML1 reseptör antikorları kullanılarak, immunohistokimyasal yöntemlerle boyandı. 
AQP4 ve ML1 reseptör antikorlarının, kısa fotoperiyod ile uzun fotoperiyod + melatonine maruz bırakılan rat gruplarındaki ependim hücrelerinde anlamlı düzeyde yoğun bir immunreaksiyon gösterdiği gözlenirken (p˂0.05), uzun fotoperiyoda maruz bırakılan rat grubunda aynı boyanma paterninin diğer iki gruba göre daha zayıf olduğu görülmüştür. Her üç grubun vimentin antikoru ile boyanması neticesinde, boyanma yoğunluğu açısından gruplar arasında herhangi bir anlamlı farklılık gözlenmemiştir (p>0.05).  
Beyin interstisyel sıvısında biriken metabolik ürünlerin ortamdan uzaklaştırılması glimfatik sistem aracılığıyla ve astrositik AQP4 kanallarının kolaylaştırdığı bir yolla gerçekleşmektedir. Ependim hücreleri de sahip olduğu AQP4 kanalları aracılığı ile astrositik AQP4 kanallarının bu işlevine yardımcı olabilir. Kısa fotoperiyod ile uzun fotoperiyod + melatonine maruz kalan ratların ependim hücrelerinde AQP4 kanallarının daha yoğun boyanması, karanlıkta salınan melatonin hormonunun, AQP4 kanal ekspresyonu üzerindeki düzenleyici etkisinden kaynaklanabilir. Dolayısıyla hem melatonin hormonu, hem de AQP4 kanalları, beyin homeostazı üzerindeki olumlu etkileri sayesinde, nörodejeneratif bozuklukların önlenmesinde etkin bir rol oynayabilir. Bu etkilerin daha iyi anlaşılabilmesi için gelecekte daha kapsamlı ve multidisipliner çalışmalara ihtiyaç vardır.

Abstract:
Since there is no lymphatic circulation in brain, an alternative mechanism of clearing brain parenchyma from the excess substances is needed. Cerebrospinal fluid (CSF) passes into brain parenchyma and mixes with brain interstitial fluid. CSF takes extracellular proteins from interstitial fluid and mediates the clearing of brain. These extracellular proteins, pass to the paravenous space which is facilitated by astrocytic aquaporin 4 (AQP4) channels. In there, they are removed from the media by blood circulation, subarachnoid space, or through the draining veins. This system is called glymphatic system. In this study, it was aimed to show how things have changed with different photoperiod and melatonin intake in the ependymal immunohistochemical distribution of AQP4 channels and the impact of this situation on glymphatic system.  
Three groups of Wistar Albino female rats were formed (n=7). First group was exposed in short photoperiod (8/16 hours light/dark), second group was exposed in long photoperiod (16/8 hours light/dark) and third group was exposed in long photoperiod + melatonin (4 mg/kg/day) for 4 weeks. Then, brain tissue samples were stained with vimentin, AQP4 and ML1 receptor antibodies immunohistochemically. 
AQP4 and ML1 receptor antibodies showed an significantly intense immunoreaction in ependymal cells of the short photoperiod and long photoperiod + melatonin groups (p˂0.05), whereas the same staining pattern appears to be weaker in the long photoperiod group. Result in staining with vimentin antibody of the three groups, no significant differences were observed between the groups in terms of staining intensity (p>0.05). 
Removal of metabolic products that accumulate in brain interstitial fluid is mediated through glymphatic system and facilitated by astrocytic AQP4 channels. Ependymal cells may also help in this function of astrocytic AQP4 channels via their AQP4 channels. More intensive staining of AQP4 channels in ependymal cells of rats exposed to short photoperiod and long photoperiod + melatonin groups, may be due to the regulatory effect of the melatonin hormone secreted in the darkness, on AQP4 channel expression. Thus, both the hormone melatonin, and AQP4 channels, due to the positive effects on the brain homeostasis, may play an active role in the prevention of neurodegenerative disorders. For a better understanding of these effects in the future, more comprehensive and multidisciplinary studies are needed.