Amiloid beta peptid indüklü sinaptik bozuklukların bilişsel fonksiyonlar üzerine etkisi ve beyin osilasyonları ile değerlendirilmesi
Effects of synaptic dysfunction induced by amyloid beta peptide on cognitive functions and evaluation via brain oscillations
Yazar: ENİS HİDİŞOĞLU
Danışman: PROF. DR. PİRAYE YARGIÇOĞLU AKKİRAZ
Akdeniz Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Biyofizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Biyofizik = Biophysics
Dizin: Alzheimer hastalığı = Alzheimer disease ; Amiloid beta protein = Amyloid beta protein ; Bellek = Memory ; Beyin = Brain ; Biliş = Cognition ; Bilişsel işlevler = Cognitive functions ; Elektroensefalografi = Electroencephalography ; Sinapslar = Synapses ; Sinaptik iletişim = Synaptic transmission ; Öğrenme = Learning

Özet:
Amaç: Çalışmamızda farklı dozlarda amiloid beta (Aβ) peptidinin öğrenme ve hafıza üzerine etkileri ve Aβ birikimi ile beyin osilasyonlarında meydana gelecek değişimlerin Alzheimer hastalığı (AH)'nın erken evrelerinde gözlenen sinaptik bozuklukların tespit edilmesinde biyobelirteç olarak kullanılıp kullanılamayacağını belirlemek hedeflenmiştir.

Yöntem: Her grupta 15 adet 3 aylık Wistar erkek sıçan olmak üzere, %0.9 NaCl veya Aβ peptidinin i.h. enjeksiyonu ile Sham (%0.9 NaCl), Aβ1 (0.01 μg/μl), Aβ2 (0.1 μg/μl) ve Aβ3 (1 μg/μl) grupları oluşturulmuştur. İyileşme periyodunu takiben öğrenme ve hafıza testleri gerçekleştirilmiş ve Aβ birikimi ile indüklenen beyin aktivitesi değişimlerini belirlemek için ise spontan EEG kayıtları alınmıştır. Deney süresinin sonunda sıçanların hipokampüs dokusunda biyokimyasal analizler gerçekleştirilmiştir.

Bulgular: Aβ enjeksiyonu hipokampüs Aβ seviyelerinde önemli artışları indüklemiş ve tanıma hafızasının Aβ2 ve Aβ3 gruplarında önemli derecede azalmasına neden olmuştur. Bununla birlikte, Aβ birikiminin hipokampüste olgunlaşmış nöron sayısında, pre- ve post-sinaptik proteinlerin ve öğrenme ile ilişkili proteinlerin ekspresyonlarında önemli azalmaları, astrogial aktivasyonda ise artışı indüklediği gösterilmiştir. Elektrofizyolojik bulgular, Aβ birikiminin spontan beyin aktivitesinde önemli değişikliklere neden olduğunu ve hipokampal Aβ birikimi ile hipokampal gama güç değerleri arasında negatif ve teta güç değerleri arasında ise pozitif bir ilişkinin olduğunu ortaya koymuştur. Ayrıca fonksiyonel bağlantı gücünde de anlamlı azalmalar gözlenmiştir. Özellikle de Aβ enjeksiyonundan sonra frontohipokampal teta koherens gücünde gözlenen değişimin frontotemporal teta koherens değerlerinde gözlenen değişim ile pozitif bir ilişkiye sahip olduğu belirlenmiştir.

Sonuç: Bulgularımız, Aβ peptidinin belirli dozlarda AH benzeri moleküler değişiklikler meydana getirdiğini ve bu değişikliklerin ise beyin osilasyonlarının değerlendirilmesi ile tespit edilebileceğini göstermektedir.

Anahtar Kelimeler: Amiloid beta, öğrenme ve hafıza, EEG, koherens, sıçan

Abstract:
Objective: The aim of this thesis is to determine the effects of different doses of intrahippocampal (i.h.) injection of amyloid beta (Aβ) on learning and memory and whether the changes in brain oscillations induced by dose-dependent accumulation of Aβ could be used as biomarkers to detect synaptic dysfunctions in the early stages of the Alzheimer's disease (AD).

Method: 3-month-old male Wistar rats were randomly divided into four groups (n=15 per each group) obtained by i.h. injection of saline or Aβ: Sham, Aβ1 (0.01 µg/µL), Aβ2 (0.1 µg/µL) and Aβ3 (1 µg/µL). After recovery, learning and memory tests were performed and spontaneous EEG recordings were obtained to determine changes in brain activity induced by Aβ accumulation. At the end of the experiment, the hippocampus tissues were collected for biochemical analysis. 

Results: The Aβ injection induced significant increases in hippocampus Aβ levels and a significant decrease in recognition memory was observed in Aβ2 and Aβ3 groups. In addition, we found that Aβ accumulation induced significant decrement of the number of mature neurons and expressions of pre- and post-synaptic proteins and learning-related proteins, and leads to the increment of the astrogliosis in the hippocampus. Moreover, remarkable alterations induced by Aβ was observed in spontaneous brain activity, and hippocampal Aβ levels were negatively correlated with hippocampal gamma power, while they were positively correlated with hippocampal theta power. Also, the Aβ accumulation has significant adverse effects on functional connectivity. Especially, after the injection of Aβ, there was a correlation between the changes in frontohippocampal theta coherence and in frontotemporal theta coherence.

Conclusion: Our findings indicate that Aβ peptide induces AD-like molecular changes at certain doses, and these changes can be detected by evaluating brain oscillations.

Key words: Amyloid beta, learning and memory, EEG, coherence, rat