Sıçanlarda icv-STZ ile indüklenen sporadik alzheimer-benzeri hastalıkta çinko durumunun spasyal bellek, hipokampal sinaptik plastisite ve insülin sinyalleşmesi üzerine etkisi
The role of zinc status on spatial memory, hippocampal synaptic plasticity, and insulin signaling in icv-STZ-induced sporadic alzheimer's-like disease in rats
Yazar: SALTUK BUĞRA BALTACI
Danışman: PROF. DR. RASİM MOĞULKOÇ
Selçuk Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Fizyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Fizyoloji = Physiology
Dizin: Alzheimer hastalığı = Alzheimer disease ; Bellek = Memory ; Hipokampus = Hippocampus ; Sinyal nakli = Signal transduction ; Streptozotosin = Streptozotocin ; Sıçanlar = Rats ; Çinko = Zinc ; İnsülin = Insulin

Özet:
Alzheimer hastalığı (AH), özellikle sporadik formu (sAH), çok faktörlü bir doğaya sahiptir. İnsüline dirençli beyin durumu ve bozulmuş çinko homeostazı, hastalığın açıklığa kavuşturulmayı bekleyen iki önemli yönüdür. Bu çalışmada, sıçanlarda intraserebroventriküler streptozotosin (icv-STZ) ile indüklenen sAH'de diyette çinko eksikliği ve takviyesinin bellek, hipokampal sinaptik plastisite ve insülin sinyali üzerindeki etkileri araştırıldı. Bilateral icv-STZ enjeksiyonu ile Alzheimer-benzeri kognitif bozukluklar indüklenen sıçanlarda bellek performansı Morris su labirenti ile değerlendirildi. Hipokampüste sinaptik plastisite ve insülin sinyal yolu ile ilgili hedef protein ve mRNA seviyelerinin ekspresyonu western blot ve gerçek zamanlı PCR ile değerlendirildi. icv-STZ enjeksiyonu yapılmış sıçanlarda çinko takviyesi ile tamamen düzeltilebilen belirgin bellek bozuklukları bulduk. Western blot analizleri, icv-STZ enjeksiyonunun hipokampal PSD95, SIRT1 ve p-GSK3β'yı önemli ölçüde azalttığını ve çinko takviyesinin normal protein seviyelerini geri kazandırdığını ortaya koydu. Hipokampal BDNF, PSD95, SIRT1, GLUT4, insülin reseptörü, ZnT3 ve osteokalsin mRNA seviyeleri icv-STZ enjeksiyonu ile azaldı ve çinko takviyesi ile normal değerlere döndü. Nogo-A faktör gen ekspresyonu, icv-STZ enjeksiyonu ile arttı ve bu artış çinko eksikliği ile şiddetlendi. Çinko takviyesi Nogo-A faktöründeki artışı hafifletti. Hipokampüste microRNA-30 (miR-30) seviyesi icv-STZ enjeksiyonu ile azaldı. Çinko eksikliği miR-30 seviyesinde daha ileri bir azalmaya neden oldu. Çinko takviyesi miR-30 seviyesini kontrol değerlerinin üzerine çıkardı. Elde ettiğimiz veriler çinko takviyesinin icv-STZ ile indüklenen Alzheimer-benzeri kognitif bozuklukları iyileştirdiğini ve hipokampüste sinaptik plastisite ve insülin sinyal yolunun temel hedeflerindeki düşüşün önüne geçtiğini göstermektedir. Ayrıca, çinko eksikliği patolojinin bazı yönlerinin kötüleşmesine neden oldu. Son olarak, çinko takviyesi, beyindeki osteokalsin eksprese eden hücreleri aktive ederek beynin intrinsik koruyucu mekanizmalarını upregüle etti.

Abstract:
Alzheimer's disease (AD), especially its sporadic form (sAD), is of multifactorial nature. Insulin-resistant brain state and disrupted zinc homeostasis are two key aspects of the disease that remain to be elucidated. Here we investigated the effects of dietary zinc deficiency and supplementation on memory, hippocampal synaptic plasticity, and insulin signaling in intracerebroventricular streptozotocin (icv-STZ)-induced sAD in rats. Alzheimer's-like cognitive impairment was induced in rats by bilateral injection of icv-STZ, and memory performance was evaluated by Morris water maze. Expression of target protein and mRNA levels related to synaptic plasticity and insulin signaling pathway in the hippocampus was assessed by western blot and Real-Time qPCR. We found prominent memory impairments in rats that received icv-STZ, which were fully recovered by zinc supplementation. Western blot analysis revealed that icv-STZ treatment significantly reduced hippocampal PSD95, SIRT1, p-GSK3β, and zinc supplementation restored the normal protein levels. mRNA levels of BDNF, PSD95, SIRT1, GLUT4, insulin receptor, ZnT3, and osteocalcin were found to be reduced by icv-STZ and reestablished by zinc supplementation. Gene expression of Nogo-A factor increased with icv-STZ injection and zinc deficiency exacerbated it. Zinc supplementation ameliorated the increase in Nogo-A factor. microRNA-30 (miR-30) level in the hippocampus decreased with icv-STZ injection. Zinc deficiency caused a further reduction in miR-30 level. Zinc supplemetation increased miR-30 levels above control values. Our data suggest that zinc supplementation improves cognitive deficits and rescues the decline in key molecular targets of synaptic plasticity and insulin signaling in hippocampus caused by icv-STZ induced sAD in rats. In addition, zinc deficiency worsened some aspects of the pathology. Finally, zinc supplementation upregulated the intrinsic protective mechanisms of the brain by means of activating osteocalcin-expressing cells in the brain.