Beyin mikrovasküler endotel hücrelerinde enerjimetabolizması aktivitesinin genetik kodlanmışbiyosensörler ile incelenmesi
Investigation of energy metabolism activity in brainmicrovascular endothelial cells using geneticallycoded biosensors
Yazar: MELİKE TUĞBA ÜVAK
Danışman: PROF. DR. GÜRKAN ÖZTÜRK
İstanbul Medipol Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Sinir Bilimi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyoloji = Biology ; Enerji = Energy ; Nöroloji = Neurology

Özet:
Bir hücrenin metabolik fenotipi, onun fizyolojik durumu veya işleviyle ilgilidir. Çoğu
nörodejeneratif hastalığın erken aşamasında beynin kan beyin bariyeri birimlerinin
enerji metabolizmasında bozulmalar meydana gelir. Bu bozulmaların ilk durağı beyin
mikrovasküler endotel hücreleridir. Buna rağmen beyin mikrovasküler endotel
hücrelerinin tek hücre seviyesinde metabolik fenotipinin karakterizasyonu ve glikoz
yanıtıyla enerji metabolizmasının değişimlerini inceleyen bir çalışma
bulunmamaktadır. Bu nedenle, bu tez çalışmasında nörovasküler hastalıklarda bir
faktör olarak metabolik düzensizliğin meydana geldiği hipotezine dayanarak bu
hücrelerin metabolik özelliklerinin anlaşılmasına odaklanıldı. Bir kan beyin bariyeri
model sistemi olan beyin mikrovasküler endotel hücrelerinin ATP dinamiklerini ve
glikoz metabolizmasını incelemek için genetik olarak kodlanmış glikoz ve
mitokondriye hedeflenen ATP biyosensörleri kullanılarak bir protokol geliştirildi. Ek
olarak metabolik stres sonrası bozulan oksidatif östresi göstermek için farklı hücre altı
bölgelere hedeflenen H2O2 sensörü, HyPer7'den faydalanıldı. Sonuç olarak, beyin
endotel hücrelerinin enerji metabolizmasının glikoliz yoluyla düzenlendiği ve glikoz
metabolizmasının hızlı ve sıkı bir kontrol altında olduğu görüldü. Metabolik stres
altında oksidatif stresin farlı hücresel bölgelerde arttığı ancak bu artışın hücrelerin
metabolik fenotipini değiştirmediği tespit edilmiştir. Çalışmamız, sağlıklı ve stres
altındaki hücrelerin metabolizmalarını araştırmayı ve olası değişimleri oksidatif stres
ile ilişkilendirmeyi mümkün kılmıştır.

Abstract:
The metabolic phenotype of a cell relates to its physiological state or function. In the
early stages of most neurodegenerative diseases, disruptions occur in the energy
metabolism of the blood-brain barrier units of the brain. The first stop of these
deteriorations is brain microvascular endothelial cells. However, no study
characterizes the metabolic phenotype of brain microvascular endothelial cells at the
single-cell level and examines the alterations of glucose response and energy
metabolism Therefore, this thesis study focused on understanding the metabolic
properties of these cells, based on the hypothesis that metabolic dysregulation occurs
as a factor in neurovascular diseases. A protocol was developed using genetically
encoded glucose and mitochondria-targeted ATP biosensors to determine the energy
metabolic phenotype of brain microvascular endothelial cells, a blood-brain barrier
model system, and to study glucose metabolism. In addition, the H2O2 sensor, HyPer7,
targeted to different subcellular regions, was used to demonstrate oxidative eustress,
which is impaired after metabolic stress. As a result, it has been observed that the
energy metabolism of brain endothelial cells is regulated through glycolysis and that
glucose metabolism is under rapid and tight control. It has been determined that
oxidative stress increases in different cellular compartments under metabolic stress,
but this increase does not change the metabolic phenotype of the cells. Our study made
it possible to investigate the metabolism of healthy and stressed cells and relate
possible alterations to oxidative stress.