Adölesan dönemi nikotine maruz kalan sıçanlarda erişkinlikte beyin BDNF düzeyleri, bilişsel performans ve şartlı yer tercihi
Brain levels of BDNF, cognitive performance and condition place preference in adult rats, exposed to nicotine during adolescence
Yazar: TANSELİ NESİL
Danışman: PROF. DR. LÜTFİYE KANIT
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology

Özet:
Sigara tüketimi insan sağlığı açısından zararlı sonuçları olan bir bağımlılıktır. Sigara dumanındaki temel bağımlılık yapıcı madde nikotindir. Nikotin bağımlılığına duyarlılıkta bireysel farklılıklar bulunmaktadır. Cinsiyet, nikotine ilk maruz kalınma yaşı, genetik yatkınlık, nikotin doz ve kullanım paternlerinde farklılıklar nedeniyle nikotin bağımlılığında bireysel farklılıklar görülür. Nikotine kronik maruziyet sonucunda beyin yapısı ve biyokimyasında ve bilişsel fonksiyonlarda değişim meydana gelir. Oluşan değişiklikler adölesanlarda erişkinlerden farklıdır. Hayvan modelleri nikotin etkilerini araştırmak açısından önemli avantajlar sağlar. Kendi kendine oral yolla nikotin uygulaması, yaygın kullanılan bir metod olup insan sigara içme davranışını taklit edebilmektedir. Sunulan tez çalışmasında kendi kendine oral yolla nikotin uygulaması kullanılarak sıçanlar nikotin tüketim değerlerine göre gruplandırılmıştır. Nikotin tercihi ve tüketimindeki bireysel farklılıkları belirlemek amacıyla sıçanlara adölesan veya erişkinlik dönemlerinde en az altı haftalık uygulamalarla günde 24 saat süresince oral yolla nikotin (10/20 mg/L) ve su tercihi sunulmuştur. Kendi kendine oral nikotin uygulamasından elde edilen sonuçlarda sıçanların nikotini sudan ayırt edebildikleri, nikotin alımını düzenleyebildikleri ve nikotin tercihlerinde bireysel farklılıkların meydana geldiği belirlenmiştir. Yapılan tüm deneylerde Ward analizine göre sıçanların minimum, median ve maksimum nikotin tercih eden alt gruplara ayrıldıkları saptanmıştır. Grup ortalamaları, nikotin tüketiminin adölesan dönemde erişkinliğe oranla daha fazla olduğunu ve adölesan dönemde nikotine maruz kalınmanın erişkinlik nikotin tüketimini azalttığını göstermiştir. Aynı sıçanların adölesan ve erişkinlik dönemlerinde tükettikleri nikotin miktarları karşılaştırıldığında, dişilerde anlamlı korelasyon bulnduğu halde, erkeklerde aynı korelasyon bulunmamıştır. Tezin bir sonraki aşamasında, nikotin tercihleri belirlenmiş sıçanlarda davranış çalışmaları yapılmıştır. Maksimum ve minimum nikotin tercihinde bulunan dişi ve erkek sıçanlarda nikotine maruz kalınma yaşının ve farklı nikotin tüketim miktarlarının öğrenme stratejisi ve CPP üzerindeki etkisi incelenmiştir. Öğrenme çalışmalarında 12 günlük bir protokolle sıçanlara hem görsel hem de navigasyonel ipuçlarını kullanarak su tankında platformun yerinin bulunması öğretilmiştir. Öğrenme deneylerinde tüm sıçanlar başarılı bir şekilde platformun yerini bulmayı öğrendikten sonra, nikotin tercihi ile problem çözme stratejisi arasındaki ilişkiyi araştırmak amacıyla, sıçanlara bir tercih sunulmuştur. Adölesans dönemde nikotine maruz kalan tüm dişi gruplarında navigasyonel strateji tercihi gözlenirken, erişkinlik döneminde sadece minimum nikotin tercih eden dişilerde bu tür bir tercih ortaya çıkmıştır. CPP deneylerinde ise; adölesans dönemden itibaren ya da sadece erişkinlikte uzun süre nikotine maruz kalındığında sıçanlarda nikotin bağımlılığında şartlama etkisinin kaybolduğu görülmüştür. Yapılan çalışmada sadece kontrol grubu erkek hayvanlarda nikotinin şartlayıcı etkisi gösterilmiş, önceden kendi kafeslerinde nikotin alan hiç bir grupta bu etki istatistiksel anlamlı olarak izlenememiştir. Çalışmanın son basamağında farklı nikotin tercihi gösteren dişi ve erkek sıçanların bağımlılıkla ilişkili beyin bölgelerinde BDNF mRNA seviyelerindeki değişim incelenmiştir. Adölesansdan erişkinliğe oral nikotine maruz kalan erkek sıçanların PFC, striatum ve hipokampus BDNF seviyeleri dişilere göre daha düşüktür. Dişilerde nikotin ile BDNF düzeylerinde anlamlı bir farklılaşma saptanmamıştır. Sadece erişkinlik döneminde oral nikotine maruz kalan sıçanlarda ise, yine hipokampus ve striatum BDNF mRNA seviyeleri dişilerde erkeklerden daha yüksektir; ancak bu grupta dişilerin PFC BDNF mRNA seviyeleri erkeklerden daha düşüktür.Özetle, sıçanlar kendi kendine oral yolla nikotin uygulaması metodu kullanılarak tükettikleri farklı nikotin miktarlarına göre gruplandırılabilirler. Nikotinin bu yolla kronik uygulanması, su tankında kullanılan yer öğrenme stratejisini değiştirmekte, nikotinle oluşturulan CPPni ortadan kaldırmakta ve özellikle erkek sıçanlarda beyinde BDNF mRNA seviyelerinde azalmaya neden olmaktadır. Tüm bu bulgular, söz konusu uygulamanın gerek bağımlılıkta bireysel farklılıkların araştırılmasında, gerek farklı nikotin tercihi gösterdikleri belirlenmiş olan sıçanlarda çeşitli davranış paternlerinin ve beyin biyokimyasında meydana gelen değişikliklerin saptanması amacıyla kullanılabilecek bir nikotin bağımlılık modeli olabileceğini göstermiştir.

Abstract:
Smoking is an addiction with detrimental effects on society. Nicotine is the addictive component of tobacco and underlies the addictive properties of tobacco use. There are individual differences in susceptibility to nicotine addiction. Gender, age of exposure, genetic vulnerability, different smoking paterns and the amount of nicotine consumed may underlie individual differences in nicotine addiction. Chronic nicotine exposure alters brain structure and biochemistry, and cognitive functions differently in adolescents and adults. Animal models provide significant advantages to investigate the effects of nicotine. Oral nicotine self administration is a widely accepted drug self administration method that can mimic human smoking behavior. In the current study, rats were subjected to oral nicotine self administration and, subsequently, were grouped based on their nicotine preference and intake. To determine the individual differences in nicotine preference and intake, rats were given free access to a choice of oral nicotine (10/ 20 mg/L) or water for 24 h/day for periods of at least six weeks, starting at adolescence or adulthood. Results showed that rats can discriminate nicotine from water, can regulate their intake and there are individual differences in nicotine preference. Ward analyses indicated that animals could be divided into minimum median and maximum preferring subgroups in all experiments. Group means showed that nicotine consumption was higher in adolescent rats than adults and adolescent nicotine exposure reduced nicotine intake in adults. Furthermore, there was a correlation between adolescent and adult nicotine consumption only in females. In the next phase of the experiments, rats which were exposed to nicotine at different ages (adolescent or adult) and demonstrated different preferences for nicotine (maximum and minimum) were subjected to some behavioral tests. Place learning in the water maze was used to depict different strategies rats employed in problem solving. During the 12 days of acquisition, rats learned the place of the platform, using visual and navigatonal cues. However, when they were confronted with a choice during the probe trial, both male and female rats which were exposed to nicotine during adolescence used navigational strategy. On the other hand, among female rats exposed to nicotine as adults, only the minimum nicotine preferring ones used the navigational strategy in problem solving. In nicotine induced condition place preference experiments, chronic nicotine exposure, starting at adolescence or adulthood, eliminated the conditioning effect of nicotine; nicotine?s conditioning effect was observed only in control male rats. The last step of the current study was to determine changes in the BDNF mRNA levels in brain areas releated to nicotine addiciton in female and male rats with different nicotine preferences. Prefrontal cortex, striatum and hippocampus BDNF mRNA levels were lower in male than female rats which were exposed to oral nicotine from adolescence to adulthood. No significant change in BNDF mRNA levels were observed in female rats. Hippocampus and striatum BNDF mRNA levels were higher in female rats than males when that exposed to oral nicotine as adults. However BDNF mRNA levels in the prefrontal cortex were lower in females than males.In conclusion, using the oral nicotine self administration method, rats can be grouped according to their nicotine preference and intake. Chronic nicotine administration using the oral route modifies the strategy that rats use in place learning in the water maze and eliminates the conditioning effect of nicotine. Additionally, chronic exposure to oral nicotine lowers brain BDNF mRNA levels, especially in male rats. Taken together, these findings suggest that the two-bottle free-choice oral nicotine self administration is a reliable method and can be used to study individual differences in nicotine addiction in rats. Furthermore, to elucidate the effects of nicotine addiction, rats with different preferences for nicotine can be subjected to behavioral tests and the changes in their brain chemistry can be analysed.