Diyabetik kalpte iskemi/reperfüzyon hasarında mitokondriyal heksokinazın rolü
Role of mitochondrial hexokinase in ischemia/reperfusion injury in diabetic heart
Yazar: EBRU GÜREL
Danışman: PROF. DR. CİHAN DEMİRCİ TANSEL
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı / Zooloji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Biyoloji = Biology ; Zooloji = Zoology
Dizin: Diabetes mellitus-tip 1 = Diabetes mellitus-type 1 ; Hekzokinaz = Hexokinase ; Kalp = Heart ; Reperfüzyon = Reperfusion ; Streptozotosin = Streptozotocin ; Ön koşullama = Pre-conditioning ; İskemi = Ischemia

Özet:
Heksokinaz (HK), glikoz alımı için temel süreç olan glikoz fosforilasyonundan sorumlu, glikolizin ilk basamağında rol oynayan bir enzimdir.İskemik ön koşullama (IPC), devamlı iskemi/reperfüzyona karşı koruyucu olan kısa sürelerdeki iskemi ve reperfüzyonu içeren bir mekanizmadır. Şimdiye kadar ön koşullama, sağlıklı hayvanlardan elde edilen kalplerde geniş ölçüde çalışılmıştır fakat, hastalıklı (hipertrofik veya miyopatik) kalplerde geçmişte pek fazla çalışılmamıştır. Bu çalışma, diyabetik [Streptozotosin (STZ; 65 mg/kg)] sıçanların kalp dokularında iskemi/reperfüzyonla meydana gelen hasarı önlemede iskemik ön koşullamanın, heksokinaz enzimi ile ilişkisinin belirlenmesi amacıyla yapılmıştır.Çalışmamızda kontrol grubu, diyabet oluşturulan ve ön koşullama uygulanan sıçanlardan elde edilen Langendorff sistemindeki izole kalplere fizyolojik, histolojik, immünohistokimyasal ve biyokimyasal yöntemler uygulanmış, elde edilen veriler istatistiksel olarak değerlendirilmiştir.STZ enjeksiyonundan 4 hafta sonra Langendorff izole kalp sisteminde yaptığımız bu çalışmada, beş dakikalık ve otuz dakikalık reperfüzyon periyodunun sonunda hem normal hem de ön koşullu diyabet gruplarının perfüzyon basınçlarında anlamlı bir azalma, otuz dakikalık reperfüzyon sonunda her iki diyabet grubunda LVDP'de bir artış ve beş dakikalık reperfüzyon sonunda her iki diyabet grubunda kalp vurumlarında azalma gözlenmiştir. Uzun süreli iskemi sonrası uygulanan reperfüzyon, hem kontrol hem de diyabet grubunda doku hasarına yol açmıştır. Kas hücrelerindeki glikojen dağılımının dokunulmamış diyabet grubunda artmış olduğu ve bunun IPC uygulaması ile azaldığı gözlenmiştir. Apoptotik indeks incelendiğinde, uzun süreli iskemi öncesi ile kısa ve uzun süreli reperfüzyon periyotlarında ön koşullu ve ön koşulsuz diyabet gruplarında artış gözlenmiştir. Ön koşullu gruplar karşılaştırıldığında, iskemi uygulamasının apoptozu arttırdığı, beş dakikalık reperfüzyonun bu artışı daha da yükselttiği ve otuz dakikalık reperfüzyon sonucunda beş dakikalık reperfüzyon sonundaki apoptozun azaldığı belirlenmiştir.İskemi uygulaması sonunda ön koşullama yapılan kontrol grubunun laktat dehidrogenaz (LDH) aktivitesinde bir azalma belirlenmiştir. Reperfüzyonun 15. dakikasında ön koşullu diyabet grubunun LDH aktivitesi azalmıştır. Otuz dakikalık reperfüzyon sonunda her iki kontrol grubunda ve ön koşullama uygulanmayan diyabet grubunda artış gözlenmiştir. HK aktivitesi incelendiğinde, iskemi süresince, kontrol kalplerde sitosolik HK aktivitesinde anlamlı bir artış gözlenirken, IPC uygulaması sonrasında bu artış düşmüştür. Kontrollerde mitokondriyal HK aktivitesi bazal durumda ve uzun süreli reperfüzyon periyodunda IPC uygulamasından sonra artmıştır. Diyabetik sıçanlarda ise, kontrol gruplarına göre genel olarak düşük mitokondriyal HK aktivitesi gözlenmiştir. IPC uygulaması, mitokondriyal HK aktivitesini sağlıklı kontrol gruplarındaki kadar yükseltememiştir.Sonuç olarak, bu çalışmada diyabetin iskemi/reperfüzyon hasarına karşı kalbi daha dirençli yaptığı ve uygulanan ön koşullama işleminin ek bir koruma sağlamadığı belirlenmiştir.

Abstract:
Hexokinase (HK) is an enzyme that is responsible for the phosphorylation of glucose, which is a fundamental process in glucose metabolism, and that functions in the first step in glycolysis.Ischemic preconditioning (IPC) is a mechanism involving short-term ischemia and reperfusion which protects against long-term ischemia/reperfusion. Preconditioning has been widely studied in the hearts from healthy animals so far, while studies are few with regard to preconditioning in unhealthy hearts (hypertrophic or myopathic). This study was carried out to reveal relation of ischemic preconditioning with hexokinase in preventing ischemia/reperfusion injury in the heart tissue of diabetic rats [Streptozotocin (STZ); 65 mg/kg].In the present study, physiological, histological, immunohistochemical and biochemical techniques were employed for the isolated hearts in Langendorff system from both the control groups rats and the rats rendered diabetic and exposed to preconditioning. Data were statistically evaluated.Four weeks after STZ injection, Langendorff isolated heart system showed a significant decrease in perfusion pressure of both the control group and preconditioned diabetic group after reperfusion period of five and thirty minutes, an increase in LVDP in both diabetic groups after thirty minutes reperfusion, and a decrease in heart rate in both diabetic groups after five minutes reperfusion. Reperfusion after long-term ischemia caused tissue damage both in the control group and diabetic group. Distribution of glycogen in muscle cells was increased when compared with the intact diabetic group, while it was decreased with IPC application. Concerning apoptotic index, it was observed that it increased in short and long-term reperfusion and before long-term ischemia in preconditioned and non-preconditioned diabetic groups. In comparison of preconditioned groups, we found that ischemia resulted in increased apoptosis, being higher with five minutes reperfusion, while apoptosis value of five minutes reperfusion decreased after thirty minutes reperfusion.Preconditioned control group exhibited a decrease in lactate dehydrogenase (LDH) activity after ischemia. LDH activity was decreased in preconditioned diabetic group at 15 minutes of reperfusion, whereas thirty minutes reperfusion resulted in an increase in both control groups and in non-preconditioned diabetic group. As to HK activity, cytosolic HK activity of the control hearts was significantly increased during ischemia, while this elevation was decreased after IPC application. Mitochondrial HK activity was elevated in basal condition and long-term reperfusion after IPC application in the control. Diabetic rats generally showed lower mitochondrial HK activity when compared to the control. However, IPC application could not cause as higher mitochondrial HK activity as in the healthy control groups.In conclusion, the results of the present study demonstrate that diabetes renders heart more resistant against ischemia/reperfusion injury, but preconditioning does not provide an additional protection.