Kortikal yayılan depresyonun tetiklediği nöroinflamasyonun çözülmesi ve bunun migren baş ağrısı patofizyolojisindeki yeri
Solving the triggering of cortical spreading neuroinflammation and its role in the pathophysiology of migraine headache
Yazar: ZEYNEP KAYA
Danışman: PROF. DR. TURGAY DALKARA
Hacettepe Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Temel Nörolojik Bilimler Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Moleküler Tıp = Molecular Medicine ; Nöroloji = Neurology
Dizin: Baş ağrısı = Headache ; Baş ağrısı bozuklukları = Headache disorders ; Depresyon = Depression ; Migren hastalıkları = Migraine disorders ; Nöroinflamatuar hastalıklar = Neuroinflammatory diseases ; Nükleer faktör-kappa B = Nuclear factor-kappa B ; İnflamasyon = Inflammation

Özet:
Migren şiddetli baş ağrısıyla kendini gösteren, sık görülen bir hastalıktır. Daha etkili tedavilerin geliştirilebilmesi için migren patofizyolojisi daha iyi anlaşılmalıdır. Kortikal yayılan depresyon (KYD), migren aurasının nörofizyolojik karşılığıdır. "KYD'nin tetiklediği, parankimal ve bunu izleyen meningeal inflamatuvar yanıt sonucunda migren baş ağrısı oluşmaktadır" görüşü literatürde giderek kabul görmektedir. KYD ile nöronlarda inflamazom kompleksinin oluşumu, kaspaz-1 aktivasyonu ve high mobility group box1'in (HMGB1) salıverilmesi astrositlerde pro-inflamatuvar nükleer faktör kappa B (NF-kappa B) yolağını aktifleştiren ana olaylardır. Çalışmamızda bu steril inflamasyonun çözülmesinin, migren baş ağrısının kendiliğinden sonlanmasında etkili olabileceği hipotezini erkek Swiss albino ırkı fare beyinlerinde iğne batırılmasıyla tek KYD tetikleyerek araştırdık. HMGB1'in KYD ile naif beyne kıyasla tüm kortikal hücrelerin %23±3,0'ının çekirdeklerinden hemen salıverildiği (n=3), 24 saat içinde ise yerine konmadığı görüldü (%26±1,8; p=0,26, n=3). Nörondan salıverilen ve periferik kana karışan eksozomların HMGB1 taşıdığı gösterildi. Nöronlardaki kaspaz-1 aktivitesinin KYD'den 3 saat sonra azalmaya başladığı saptandı (KYD'den 1, 3 ve 5 saat sonra sırasıyla aktif enzim oranı %11±3,0; 5±0,4 ve 6±1,1; p=0,08; n=3). Nöron dışı hücrelerde NF-kappa B ailesinin sırasıyla inflamasyon çözülmesinde etkili ve pro-inflamatuvar alt birimleri cRel ve p65'in KYD ile hemen aktifleştiği; 24 saat sonunda cRel aktivitesinin arttığı, p65'inkinin ise azalma eğiliminde olduğu tespit edildi (sırasıyla aktif hücre oranları 15. dakikada ve 24 saatte, cRel için %24±2,5 ve 36±3,0; p65 için %25±2,1ve 21±3,6; n=3). I-kappa B'nin de inflamasyonun tetiklenmesiyle hücrelerin %33±4,6'sında çekirdeğe göç ettiği görüldü (p=0,002; n=3). Bu bulgular sonucunda nöron dışı hücrelerde KYD ile tetiklenen inflamasyonun, inflamasyonun çözülmesinde rol oynayan süreçlerle birlikte yönetildiği düşünüldü. Ayrıca, cRel'in nöronların %31±3,2'sinde devamlı transkripsiyonel aktivite gösterdiği tespit edildi. Nöronlardaki p65 ve cRel aktivitesinin KYD sonrası sinaptik dikenlerin yapısal düzenlenmesinde etkili olabileceğine dair ön bulgular saptandı. Sonuç olarak KYD'nin tetiklediği inflamatuvar cevap, nöronlarda kaspaz-1 etkinliğinin sönmesi ve astrositlerde anti-inflamatuvar c-Rel ve I-kappa B aktivitesini içeren kompleks bir süreçle yaklaşık 24 saat içinde sonlanmaya başlamaktadır. Tek hücre transkriptom çalışmaları bu olayların hücresel detaylarını ortaya koymak için gereklidir.

Abstract:
Migraine is a common disorder which manifests itself as severe headache. Migraine pathophysiology needs deeper understanding in order to develop more effective treatments. Cortical spreading depression (CSD) is the neurophysiological correlate of migraine aura. The idea that "Migraine pain emerges as a result of CSD-triggered parenchymal and subsequent meningeal sterile inflammatory response" is increasingly accepted. Formation of the inflammasome complex in neurons by CSD, activation of caspase-1 and release of high-mobility group box 1 (HMGB1) are the key events that activate the pro-inflammatory NF-kappa B cascade in astrocytes. We hypothesized that the resolution of this sterile inflammation may have a role in the spontaneous cessation of migraine headache and tested this hypothesis in male Swiss albino mice brain after single CSD introduced by pinprick. HMGB1 was found to be released immediately from the nuclei of            23±3.0% of all cortical cells (n = 3), yet not replaced within 24 hours (26±1.8%;                 p=0.26, n=3). We showed that HMGB1 carrying exosomes were released from neurons and detectable in the peripheral blood. It was found that the neuronal caspase-1 activity began to decrease 3 hours after CSD (1, 3 and 5 hours after CSD, active enzyme ratio was 11±3.0%, 5±0.4 and 6±1.1%, respectively; p=0.08; n=3). In nonneuronal cells, NF-kappa B subunits cRel (effective in resolution phase) and p65 (proinflammatory) were immediately activated by CSD, and within 24 hours cRel activity increased and p65 activity tended to decrease (respectively, active cell ratios 24±2.5 and 36±3.0% for cRel, 25±2.1 and 21±3.6% for p65; n=3). I-kappa B was also observed to migrate to 33±4.6% of nonneuronal nuclei after CSD (p=0.002; n=3). In nonneuronal cells, inflammation triggered by CSD appears to be regulated by a concerted action of pro- and anti-inflammatory processes. Furthermore, in 31±3.2% of neuronal nuclei cRel was constitutively present, and preliminary data suggest that p65 and cRel activity in neurons might play a role in synaptic spine restoration after CSD. In conclusion, the inflammatory response triggered by CSD begins to terminate within 24 hours by fading of neuronal caspase-1 activity, and in astrocytes, by a complex process involving anti-inflammatory c-Rel and I-kappa B activity. Single cell transcriptomics are required for further cellular details.