Bdnf'nin NLRP3 inflamazomu ve NLRP3 aracılı piroptoz üzerine etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of bdnf on NLRP3 inflammasome and NLRP3 mediated pyroptosis
Yazar: ŞENİZ ERDEM
Danışman: PROF. DR. AHMET ALVER
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Tıbbi Biyokimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Biyokimya = Biochemistry

Özet:
İnflamazomlar, patojenle ilişkili moleküler yapılar (PAMP) ya da hasarlanma ile ilişkili moleküler yapılar (DAMP) gibi çeşitli uyarılarla aktive olan ve doğuştan gelen bağışıklık yanıtında önemli bir rol oynayan multiprotein komplekslerdir. NOD-benzeri reseptör ailesi pirin domain içeren protein 3 (NLRP3) inflamazomu aktive olduğunda kaspaz-1 aracılığıyla interlökin-1β (IL-1β) ve interlökin-18 (IL-18) gibi sitokinlerin salınımı gerçekleşmektedir. NLRP3 inflamazomu aktive olduğunda hücre ölümü de gerçekleştiğinden, inflamazom aktivasyonunun regülasyonu ve inhibisyonu inflamasyonla ilişkili hastalıkların tedavisinde ve önlenmesinde faydalı bir yol olarak ortaya çıkmaktadır. Bu nedenle, inflamasyonun azaltılmasında immünomodülatör terapötik endojen moleküllere oldukça ihtiyaç vardır. İmmünomodülatör etkilere sahip bir nörotrofin olan beyin kaynaklı nörotrofik faktör (BDNF), aşırı inflamasyonu baskılamak için çekici bir adaydır. Ancak, BDNF'nin NLRP3 inflamazomu ve NLRP3 inflamazomunun neden olduğu inflamatuar hücre ölüm türü olan piroptozu nasıl etkilediği henüz araştırılmamıştır. Bu çalışmada, BDNF'nin NLRP3 inflamazom aktivasyonu, gasdermin D (GSDMD)-aracılı piroptotik hücre ölümü ve bu yolağın negatif düzenleyicileri üzerine etkisinin incelenmesi amaçlanmıştır. In vivo modelde, Bdnf (+/+) ve Bdnf (+/-) farelerde lipopolisakkarit (LPS) ve Nigerisin (Nig) uygulanarak NLRP3 inflamazom aktivasyonu sağlandı. NLRP3 inflamazom aktivasyonunun sonunda, serum örneklerinde BDNF, IL-1β ve IL-18 seviyeleri ELISA yöntemiyle, hipokampüs, korteks, karaciğer, epididimal yağ ve kas dokusu örneklerinde ise NLRP3 inflamazom yolağı ve bu yolağın negatif düzenleyicileri ile ilişkili proteinlerin seviyeleri Western blot yöntemiyle belirlendi. BDNF eksikliğinin nükleer faktör kappa B (NF-κB) inhibisyonu yoluyla NLRP3 inflamazomu ile ilişkili proteinlerin seviyelerini arttırdığı, IL-1β ve IL-18 salınımını ve piroptotik hücre ölümünü uyardığı ortaya koyuldu. Ayrıca, BDNF eksikliğinin NLRP3 inflamazom aktivasyonunun ve piroptozun inhibisyonunda önemli yollar olan otofajiyi, otofagozom oluşumunu ve plazma membran onarımını inhibe ettiği gösterildi. Sonuç olarak, BDNF eksikliği inflamazom aktivasyonunun ve GSDMD-aracılı piroptozun artmasına neden olmaktadır.

Abstract:
Inflammasomes are multiprotein complexes that are activated by various stimuli such as pathogen-associated molecular patterns (PAMP) or damage-associated molecular patterns (DAMP) and play an important role in the innate immune response. When the NOD-like receptor family pyrin domain-containing protein 3 (NLRP3) inflammasome is activated, cytokines such as interleukin-1β (IL-1β) and interleukin-18 (IL-18) are released via caspase-1. Since cell death also occurs when the NLRP3 inflammasome is activated, regulation and inhibition of inflammasome activation may be a useful way to treat and prevent inflammation-related diseases. Therefore, immunomodulatory therapeutic endogenous molecules are highly needed to reduce inflammation. Brain-derived neurotrophic factor (BDNF), a neurotrophin with immunomodulatory effects, is an attractive candidate for suppressing excessive inflammation. However, how BDNF affects the NLRP3 inflammasome and pyroptosis, a type of inflammatory cell death caused by the NLRP3 inflammasome, has not yet been investigated. In this study, it was aimed to examine the effect of BDNF on NLRP3 inflammasome activation, gasdermin D (GSDMD)-mediated pyroptotic cell death, and negative regulators of this pathway. In the in vivo model, NLRP3 inflammasome activation was achieved by applying lipopolysaccharide (LPS) and nigericin (Nig) in Bdnf (+/+) and Bdnf (+/-) mice. At the end of NLRP3 inflammasome activation, the levels of BDNF, IL-1β and IL-18 in serum samples were determined by ELISA method, and the levels of proteins related to the NLRP3 inflammasome pathway and negative regulators of this pathway in hippocampus, cortex, liver, epididymal adipose and muscle tissue samples were determined by Western blot method. It was revealed that BDNF deficiency increased the levels of NLRP3 inflammasome-related proteins through the activation of nuclear factor kappa B (NF-κB), stimulated the release of IL-1β and IL-18 and pyroptotic cell death. Additionally, BDNF deficiency was shown to inhibit autophagy, autophagosome formation, and plasma membrane repair, which are important pathways in the inhibition of NLRP3 inflammasome activation and pyroptosis. As a result, BDNF deficiency causes increased inflammasome activation and GSDMD-mediated pyroptosis.