Kalıcı atriyal fibrilasyonlu ve sinüs ritimli hastalarda apoptozis ilişkili genlerin karşılaştırmalı analizleri
Comparative gene expression profile analysis of apoptosis related genes between patients with permanent atrial fibrillation and normal sinus rhythm
Yazar: GÜNSELİ ÇUBUKÇUOĞLU DENİZ
Danışman: PROF. DR. AHMET RÜÇHAN AKAR
Ankara Üniversitesi / Biyoteknoloji Enstitüsü / Temel Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Moleküler Tıp = Molecular Medicine

Özet:
Atriyal fibrilasyon (AF), klinikte en sık karşılaşılan kalp ritim bozukluğudur ve kalp kapak hastalıklarıyla birlikte gözlenebilir. Mitral kapak yetmezliği (MY) erişkinde ikinci sıklıkta görülen kalp kapak hastalığıdır. Ciddi mitral yetmezliği olan hastaların yaklaşık %70'inde patogenezden bağımsız olarak AF eşlik etmektedir. Yakın geçmişte medikal ve cerrahi yöntemlerde sağlanan aşamalara rağmen özellikle kalıcı AF'lu olgularda klinik sonuçlar tatmin edici düzeyde değildir. AF ile mücadelede yeni tedavi yaklaşımlarının bulunabilmesi hücresel ve moleküler mekanizmaların öğrenilmesi ile mümkün olacaktır. AF'lu hastalarda sinüs ritminin geri dönmesi ve idamesi mortalite, morbitide ve sağlık bakım giderlerini azaltılmasına büyük katkıda bulunacaktır. 

Bugüne dek AF'un global moleküler analizine dair farklı çalışmalar yapılmıştır. Ancak bu çalışmalardaki en büyük sorun, heterojen gruplarla yapılan, kompleks hastalıkların araştırıldığı yüksek işlem hacimli çalışmalarda karşılaşılan gürültünün, sonuçlar üzerine gölgeleyici etkisinin olmasıdır. Heterojen bir patoloji olan AF'u, mikrodizin gibi yüksek işlem hacimli bir yöntemle araştırırken etiyoloji ve kontrol grubu açısından homojen örneklerin seçilmesi gerekmektedir. Bu nedenle AF'un moleküler patofizyolojisinin araştırıldığı bu tez çalışmasında hasta ve kontrol grupları son derece homojen tutulmaya çalışılmıştır.

Bu tez çalışması kapsamında dejeneratif mitral yetmezliği olan 15 kalıcı AF ve 15 sinüs ritimli hastadan operasyon sırasında örneklenen sağ ve sol atriyum dokularında (n=60) transkriptom boyu (54675 transkript) karşılaştırma yapılmıştır. Buradan sağlanan veriyle gerçekleştirilen biyoinformatik analizlerle gruplar arasında farklı ifade edilen gen setleri belirlenmiştir. AF grubunda 213 genin ifadesinin istatistiki olarak anlamlı düzeyde değişim gösterdiği tespit edilmiştir. Bu genler içinde CACNA1G, CSRP3, GNAO1, KCNJ18, CHL1, COL21A1, COL28A1, COLQ, FGF1, SLC1A3, VIT, ANGPTL2, BMP7, NPPB, TNNI1, CACNB2, GJC1, KCNK3, ATP1B4, SNX22, PRKAR1A, DNAJA4, BNIP3, FASTKD1, DAPK2, GADD45, BCL6, KLF10, NTRK2, AKAP3, AKAP6, ADAM11 gen ifadelerindeki değişim özellikle dikkat çekicidir. Farklı ifade olan genlerin fonksiyonel anotasyonları ve yolak analizleri ile kalıcı AF'la paralel olarak değişen yolaklar tespit edilmiş ve bu yolaklardaki değişikliğe sebep olan tetik genler irdelenmiştir. Bu çalışmayla kalıcı AF'na moleküler düzeyde transkriptom ebadında bakış sağlanmıştır. Ayrıca AF sürecine apoptozis mekanizmasının karıştığı bilindiğinden, fibrile atriyal miyokardda apoptozis incelemesi gerçekleştirilmiştir. Aynı hastalardan alınan doku kesitlerinde apoptozis immünohistokimyasal değerlendirilmiş, morfolojik inceleme amacıyla geçirmeli elektron mikroskobik araştırma gerçekleştirilmiştir. Bu araştırmalarda hücre ölümüne işaret eden morfolojik farklılaşmalarda apoptozisle birlikte otofajinin de rolü dikkat çekmiştir.

Gerçekleştirilen araştırmaların tümü birlikte değerlendirildiğinde AF patogenezinde sorumlu olan yeni moleküler yolaklar tanımlanmıştır. Bu tez kapsamında elde edilen veriler, AF'un moleküler mekanizmalarının araştırıldığı ileriki çalışmalara temel oluşturacaktır.

Abstract:
Atrial fibrillation (AF) is the most common cardiac arrhythmia seen in clinical practice and can be associated with valvular heart disease. Mitral valve regurgitation (MR) is the second most common valvular heart disease encountered in adults. Overall, 70% of the patients with severe MR are associated with AF independent from pathogenesis. Despite the recent advances in medical and surgical therapeutic strategies particularly in permanent AF patients, successful results still could not be obtained. Understanding the cellular and molecular mechanisms of AF is essential for the development of new-targeted therapeutic interventions. Recovery and maintenance of sinus rhythm would reduce mortality, morbidity, and health care expenditure costs.

To date, there has accumulated a variety of studies dissecting the molecular mechanisms of AF. The main issue, which overshadows these studies, is the noise that arises in high-throughput analyses, that is a consequence of utilizing heterogeneous groups in investigating complex diseases. While investigating AF -a heterogeneous pathology- by way of a high-throughput method such as microarray, etiology of the subject group and the homogenous selection of the control group is of utmost importance. In light of these important focus points, subject and control groups were selected meticulously to ensure a high level of homogeneity for the present thesis study.

The aim of this dissertation was to compare left and right atrial gene expression profiles in patients with degenerative MR and permanent atrial fibrillation (n=15) with degenerative MR and sinus rhythm (n=15). In brief, sixty human atrial samples were analyzed transcriptome wide by microarray analysis representing 54.675 transcripts. Through the span of the study, advanced bioinformatic analyses were performed on the gene expression data in order to spot the genes that have differential expression levels. Functional annotations and pathway analysis of differentially expressed gene sets were performed. 213 genes were differentially expressed between AF and sinus rhythm patients. Most remarkable genes were CACNA1G, CSRP3, GNAO1, KCNJ18, CHL1, COL21A1, COL28A1, COLQ, FGF1, SLC1A3, VIT, ANGPTL2, BMP7, NPPB, TNNI1, CACNB2, GJC1, KCNK3, ATP1B4, SNX22, PRKAR1A, DNAJA4, BNIP3, FASTKD1, DAPK2, GADD45, BCL6, KLF10, NTRK2, AKAP3, AKAP6, ADAM11. Target genes in the pathways involved in AF process were discussed. Apoptosis was also evaluated in fibrillating atrial myocardium and compared to controls. Immunohistochemistry of the protein families that function in the apoptotic pathways and morphological analysis of electron microscopy investigation were performed. Electron microscopic evaluations revealed morphological differentiations in the AF group, an indication of the existence of programmed cell death, which proves that there is an inclination towards apoptotic, processes as well as autophagy.

The evaluation of the overall outcomes of this study presents new molecular pathways that might be responsible for the pathogenesis of atrial fibrillation. Data acquired from the present finalized study is going to constitute a new ground for the following studies.