Çinko-taşıyıcıları ve mitokondri ilişkisinin yaşlanmaya bağlı kalp fonksiyon bozukluğundaki rolünün incelenmesi
An investigation of the role of the interplay between zinc-transporters and mitochondria on aging-associated cardiac dysfunction
Yazar: YUSUF OLĞAR
Danışman: PROF. DR. BELMA TURAN
Ankara Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Biyofizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Biyofizik = Biophysics
Dizin: Kalp = Heart ; Kalp fonksiyon testleri = Heart function tests ; Kalp hastalıkları = Heart diseases ; Mitokondriler = Mitochondria ; Yaşlanma = Aging ; Çinko = Zinc

Özet:
Güncel çalışmalar, kalp yaşlanmasında mitokondri fonksiyon bozukluğunun rolünün etkili olduğunu göstermekte ve yaşlanmakta olan toplumlarda mitokondrinin yeni tedavi hedefleri arasında çok önemli bir organel olduğu, bu hususta yapılan çalışmaların yaşlanan kalp ile ilgili patolojilerin çözümünde önemli gelişmelere zemin teşkil edebileceği vurgulanmaktadır. Çeşitli organ fonksiyonlarında Zn+2 iyonunun etkilerinin artan oksidatif stres ile ilişkili olduğu,  özel olarak kalpte hücre içi serbest Zn+2 seviyesindeki artışın, hücre içi Ca+2 seviyesine ve hücrenin redoks durumundaki değişikliklere aracılık ederek, kardiyomiyositlerde uyarılma-kasılma çiftlenimini bozduğu gösterilmiştir. Bu nedenle çalışmamızda çinko-taşıyıcıları ve mitokondri ilişkisinin yaşlanmaya bağlı kalp fonksiyon bozukluğundaki rolünün incelenmesi hedeflenmiştir.
Yaşlanmada insülin direncinin gözlendiği, serum ve hücre düzeylerinde oksidatif stresin arttığı tespit edilmiştir. Yaşlı kalplerde QT uzamasına paralel hücre düzeyinde de AP sürelerinin değiştiğini göstermektedir. İzole organ yanıtları incelenmiş ve kalp ve damar fonksiyonlarının bozulduğu, antioksidan uygulamasının bu değişimleri düzeltiği gösterilmiştir. Sarkolemmal akımlarda voltaj duyarlı K+-kanal akımlarının azaldığı, voltaj duyarlı Na+- ve Ca2+- kanal akımlarında ise herhangi bir değişimin olmadığı gözlenmiştir. ADP/ATP oranında artış gözlenmiş, K-ATP kanal akımlarında ise azalma tespit edilmiştir. Yaşlanmada hücre içi iyon konsantrasyonlarında (Ca2+, Na+ ve H+) artış olduğu bu artışın antioksidan uygulamasıyla önlendiği gözlenmiştir. Yaşlanmada [Zn2+]i miktarının arttığı, organel düzeyinde ise azalmış [Zn2+]SER ve artmış [Zn2+]Mit olduğu gözlenmiştir. Biyokimyasal analizler Zn2+ taşıyıcılarının organel düzeyindeki ifade değerlerinin bu değişime aracılık ettiği izole ER'de artmış ZIP7 ve azalmış ZnT7 protein ifadeleri gözlenirken, izole mitokondride ise Znt7 ve Znt8 protein ifadelerinde artış olduğu tespit edilmiştir. Yaşlı kardiyomiyositlerde artan [Zn2+]i düzeyleriyle ilişkili olarak mitokondriyal biyogenez süreçlerinin aksadığı, otofajik süreçlerin devreye girdiği, bu süreçlerde bozulmuş redoks dengesinin önemi gösterilmiştir. 
Bu çalışma sonuçları, yaşlı kalp fonksiyonunda hücre içi Zn2+ düzeylerinin Zn2+–taşıyıcılarının ifade düzeyleriyle ilişkili olduğu, yaşlanan kalpte fonksiyon bozukluğunun altında yatan nedenlerden özellikle mitokondri fonksiyonu ile olan ilişkinin önemi vurgulanmıştır. Yaşlanan kalpte yeni farmakolojik tedavi hedeflerinin gösterilmesi, yaşlanan toplumlarda yaşam kalitesinin yükselmesi ile ilişkili olduğu göz önüne alındığında, yaşlanmayla ilişkili patolojik değişikliklerin altında yatan mekanizmaların iyi anlaşılmasının yaşlı yaşam kalitesinde önemli bir hedef olduğu açıktır.

Abstract:
Aging in humans represents downhill processes in cardioprotective systems and mitochondria plays pivotal role due to the higher energy demanding during senescence. Zinc is an important micro-nutrient for mammals, a vital component of various proteins and plays important roles in many endogenous signaling pathways in particular, affects the cellular levels of Ca2+ and dysregulates the excitation/contraction coupling via changes in the redox state of the cell. Therefore we aimed to investigate the role of the interplay between Zn+2-transporters and mitochondria on aging-associated cardiac dysfunction.

We determined significantly increased systemic oxidative stress with decreased antioxidant capacity, clear insulin resistance and hypertrophy in aged rats. ECG recordings exhibit longer QT compatible with prolonged APD in aged cardiomyocytes. We shown depressed contraction and relaxation activity in aortic rings which recovered following mitochondrial targeted antioxidant treatment. Our patch-clamp measurements demonstrated that the prolongation in AP are mostly due to alterations in K+-channel currents. Particularly, Our results exert that both repolarizing voltage gated K+-channel and K-ATPchannel density reduced remarkably in senescent myocytes and improved with antioxidant treatment. Confocal imaging findings demonstrated that ([Zn2+]i) was increased, at least, due to the expression level of ZIP7 and decreased level of ZnT7 while there were marked decrease in the level of ZIP8 and increase in ZnT8 in aged-cardiomyocytes. Furthermore, the [Zn2+]Mit was increased while the [Zn2+]SER was decreased in aged-cardiomyocytes. Moreover, the re-distribution of these Zn2+-transporters were markedly changed such as increased levels of ZnT7 and ZnT8 with unchanged ZIP7 and ZIP8 levels in isolated Mit, whereas the ZIP7 level was increased and the ZnT7 was decreased with no change in ZIP8 and ZnT8 levels in isolated S(E)R. Elevated [Zn2+]Mit disrupts mitochondrial fine structure by harboring biogenesis and induces otophagic signalling in aged myocardium.

These results reveal the underlying mechanisms of heart dysfunction associated with ageing, especially in relation with elevated [Zn2+]i and mitochondrial function. As identifying novel pharmacological therapy targets in ageing heart is closely related to improving life quality in ageing societies, it is crucial to understand the mechanism underlying pathological changes associated with ageing.