Beyin kökenli nörotrofik faktörün kortikal yayılan depresyonun tetiklediği nöroinflamasyon üzerine etkilerinin araştırılması
Investigation of the effects of brain-derived neurotrophic factor on neuroinflammation triggered by cortical spreading depression
Yazar: BAŞAK ŞENEL
Danışman: PROF. DR. MÜGE YEMİŞCİ ÖZKAN
Hacettepe Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Temel Nörolojik Bilimler Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Moleküler Tıp = Molecular Medicine ; Nöroloji = Neurology
Dizin: Depresyon = Depression ; Sinir büyüme faktörleri = Nerve growth factors ; Tümör nekroz faktörü-alfa = Tumor necrosis factor-alpha ; İnterlökin 1 = Interleukin 1

Özet:
Kortikal yayılan depresyon (KYD) deneysel çalışmalar dışında insanlarda migren aurası, iskemik inme, akut beyin travması, intrakraniyal kanama ve epilepsi gibi durumlarda görülmektedir. KYD ile inflamatuar bir yanıt tetiklendiği pek çok çalışma ile ortaya koyulmuştur ve KYD ile ilişkili değişiklikler sağlıklı beyin dokusunda kendiliğinden düzelmektedir. Beyin kaynaklı nörotrofik faktör (BDNF), nöroprotektif ve anti-inflamatuar etkileri olduğu düşünülen bir nörotrofik faktördür. Çoklu KYD'nin neden olduğu inflamatuar cevap ile BDNF arasındaki ilişki tam olarak bilinmemektedir. Bu çalışmada BDNF'nin KYD ile tetiklenen inflamatuar yanıtın azaltılmasında etkili olduğu hipotezini araştırmak amaçlanmış ve öncelikle çoklu KYD sonrası erken dönemde (1., 2. ve 6. saat) BDNF ve proBDNF protein düzeyleri ile inflamatuar sitokinlerden IL-1β ve TNF-'da olan değişimler incelenmiştir. Çoklu KYD sonrası 1. saatte BDNF protein düzeylerinin karşı taraf kortekse göre arttığı, 6. saatte ise hem karşı taraf kortekse hem de yalancı uygulama korteksine göre arttığı bulunmuştur. ProBDNF protein düzeyleri ise hem 1. saatte hem de 6. saatte karşı taraf ve yalancı uygulama korteksine göre artmıştır. İmmünohistokimyasal olarak BDNF proteini ile işaretli hücrelerin çoğunlukla astrosit belirteçleri ile de işaretlendiği görülmüş ve çoklu KYD sonrası BDNF artışının daha çok astrosit kaynaklı olduğu düşünülmüştür. Birinci saatten başlayarak normalde nükleer olarak işaretlenen nöronal IL-1β'nın sitoplazmaya geçtiği,  6. saatte ise nükleer formunun arttığı saptanmıştır. Yine normalde nükleer olarak işaretlenen nöronal TNF- da, çoklu KYD sonrası 2. saatte sitoplazmaya geçerek aktifleşmiş, 6. saatte ise yeniden nükleer işaretlenmesinde artış olmuştur. İkinci olarak intraserebroventriküler (İSV) enjeksiyon yoluyla kortikal BDNF düzeyleri arttırılarak bu artıştan sonraki çoklu KYD ile tetiklenen inflamatuar süreç üzerine etkisi araştırılmıştır. İSV rekombinan BDNF proteini enjeksiyonu yapılan kortekste BDNF protein düzeylerinin yalancı uygulamaya göre arttığı bulunmuş ancak bu artış çoklu KYD sonrası 1. ve 2. saat IL-1β işaretli hücre yüzdeleri açısından anlamlı fark yaratmamıştır. BDNF proteininin bu inflamatuar süreçlere etkisinin incelenmesi için merkezi sinir sistemine girişimsel olmayan şekilde arttırıldığı yöntemlere ihtiyaç olduğu düşünülmektedir. Bu çalışmada, daha önce anti-inflamatuar etkileri olduğuna ilişkin veriler olan BDNF proteininin çoklu KYD ile arttığının gösterilmiş olması, KYD ile ilişkili inflamasyonda rolü olduğu hipotezini desteklemektedir. 

Anahtar kelimeler: kortikal yayılan depresyon, beyin kökenli nörotrofik faktör, nöroinflamasyon, interlökin 1 beta, tümör nekrotizan faktör alfa

Abstract:
Cortical spreading depression (CSD) is not just an experimental phenomenon, but also seen in the conditions such as migraine aura, ischemic stroke, acute brain trauma, intracranial hemorrhage and epilepsy in people. It has been demonstrated by many studies that an inflammatory response is triggered by CSD and CSD-related changes recovers spontaneously in healthy brain tissue. Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) is a neurotrophin thought to have some neuroprotective and anti-inflammatory effects. The relationship between the inflammatory response triggered by multiple CSDs and BDNF is unknown. In this study, it is aimed to investigate the hypothesis that BDNF is effective in the inhibition of inflammatory response induced by CSD. To test this hypothesis firstly, the changes in the levels of BDNF and proBDNF proteins as well as pro-inflammatory cytokines IL-1β and TNF- in the early period (1st, 2nd and 6th hours) after multiple CSDs were investigated. We found that at the 1st hour after multiple CSDs, BDNF protein levels of parietal cortex increased compared to contralateral cortex and at the 6th hour it is increased when compared to both contralateral and sham operated cortices. ProBDNF protein level is found to be increased compared to both contralateral and sham operated parietal cortices ant the 1st and 6th hours. Immunohistochemically, BDNF protein-labeled cells were also labeled by astrocyte markers after multiple CSDs, so that the increase in BDNF level is thought to be originated from astrocytes. It was found that neuronal IL-1β, which was normally labeled as nuclear, was switched to cytoplasm after the 1st hour after multiple CSDs, and its nuclear form was increased at the 6th hour. Similarly, normally nuclear-labeled neuronal TNF- was switched to the cytoplasm at the 2nd hour after multiple CSDs, and at the 6th hour there was an increase in nuclear labeling again. Secondly, the effect of increased BDNF protein levels on the multiple CSD-induced inflammatory processes were investigated by increasing the levels of cortical BDNF with intracerebroventricular (ICV) injection of recombinant BDNF protein prior to multiple CSD triggering. By ICV injection of recombinant BDNF protein, BDNF protein levels of the parietal cortex was found to be increased compared to both the contralateral and sham operated cortices. No significant difference was found in the percentages of IL-1β-labeled cells at the 1st and 2nd hours after the multiple CSDs between the groups of ICV BDNF and ICV distilled water injections. To investigate the effect of BDNF protein on CSD-induced inflammation, non-invasive methods to increase BDNF protein levels are needed. The finding of this study is BDNF protein, which has previously been shown to have anti-inflammatory effects, increases after multiple CSDs supporting the hypothesis that BDNF plays a role in the CSD-induced inflammation. 

Keywords: cortical spreading depression, brain-derived neurotrophic factor, neuroinflammation, interleukin-1-beta, tumor necrosis factor-alpha