Nörodejeneratif mekanizmaların başlangıcının 5XFAD transgenik alzheimer hastalığı fare modelinde proteomik yöntemlerle araştırılması
Proteomic investigation of neurodegenerative mechanisms in neonatal 5XFAD transgenic alzheimer's disease mouse model
Yazar: İREP URAS
Danışman: PROF. DR. AHMET TARIK BAYKAL ; DR. BETÜL ŞAHİN
Acıbadem Mehmet Ali Aydınlar Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Biyokimya ve Moleküler Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Biyokimya = Biochemistry
Dizin: Alzheimer hastalığı = Alzheimer disease ; Biyokimya = Biochemistry ; Kütle spektroskopisi = Mass spectroscopy ; Nörodejeneratif hastalıklar = Neurodegenerative diseases ; Proteomikler = Proteomics

Özet:
Alzheimer hastalığı (AH), belirgin hafıza eksikliği ile unutkanlığa neden olan, çeşitli moleküler patolojilerle karakterize ve yaşlı nüfusunda en sık görülen ilerleyici bir hastalıktır. Hastalık tanısından önce mevcut olan patoloji, klinik semptomlarla oldukça ilişkilidir. Bu ilişki, hastalığın çeşitli evrelerinde, özellikle beyin dokusu üzerinde proteomik ve metabolomik temelli çalışmalarla incelenmiştir. Ancak hastalığın yenidoğan evresi kadar erken dönemini hedefleyen ve başlangıç noktasında moleküler seviyede ne gibi değişimler olduğunu aydınlatmaya yönelik çalışmalar literatürde bulunmamaktadır. Bu tez çalışmasında, yenidoğan 5xFAD AH fare modeli beynindeki proteomik ve ayrıca metabolomik değişimlerin bölgesel olarak incelenmesi ve hastalığın erken evredeki moleküler izlerinin ortaya çıkarılması amaçlanmıştır. Bu amaçla, yenidoğan 5xFAD beyin dokusundaki proteomik değişiklikler MALDI-MSI, metabolomik değişiklikler ise DESI-MSI yöntemi ile incelenmiştir. MALDI-MSI ve DESI-MSI analizleri sonucunda tanımlanan protein ve metabolitler literatür yardımıyla AH ile ilişkilendirilmiştir. Çalışmanın diğer bir basamağında, nörodejenerasyonda "Seyirci Etkisi" olarak isimlendiren faktörün erken nörodejenerasyon kavramındaki rolünün araştırılması amaçlanmıştır. Bu amaçla, yenidoğan 5xFAD transgenik ve kontrol fare beyinleri korteks, serebellum ve hipokampüs bölgelerine ayrılarak ko-kültür çalışmaları yapılmış ve doğuştan hasarlı olduğu düşünülen 5xFAD hücrelerinin, kontrol hücreleri üzerindeki nörodejeneratif etkisi LC-MS/MS proteomik analizler ile araştırılmıştır. Sonuç olarak elde edilen bulgular, hastalığın erken moleküler mekanizmalarının ortaya çıkarılmasının AH'nin patogenezini daha iyi anlamak için büyük önem taşıdığını göstermektedir. Ayrıca, AH'nin doğum kadar erken dönemde var olabileceği ve beynin hasara karşı daha savunmasız olduğu yaşlılık döneminde ortaya çıkabileceği ve bazı moleküllerin yenidoğan AH beyninde nörodejeneratif öncüler olabileceği fikrini desteklemektedir.

Abstract:
Alzheimer's disease (AD) is a progressive neurodegenerative disorder characterized by memory loss that mainly affects the elderly population. The pathology present before the diagnosis is highly correlated with clinical symptoms. This relationship has been studied at various stages of the disease, particularly through proteomic and metabolomic-based studies on brain tissue. However, there are no studies in the literature that focus on the neonatal stage of the disease to elucidate the molecular changes that occur at the onset of the disease. This study aims to investigate the spatial proteomic and also metabolomic changes in the brain of the neonatal 5xFAD AD mouse model and to uncover the molecular traces of the disease in its early stages. For this purpose, proteomic changes in the neonatal 5xFAD brain tissue were investigated by MALDI-MSI, and metabolomic changes were examined by DESI-MSI analyses. The proteins and metabolites identified by MALDI-MSI and DESI-MSI analyses were associated with AD according to the literature. Another aim of this study is to investigate the role of the "Bystander Effect" in early neurodegeneration. For this purpose, co-culture studies were performed by separating the cortex, cerebellum, and hippocampus regions of neonatal 5xFAD transgenic and control mouse brains.  The neurodegenerative effect of 5xFAD brain cells, presumed to be congenitally damaged, on control cells was investigated by LC-MS/MS analyses. The results indicate that elucidating the early molecular mechanisms of AD is crucial for a better understanding of its pathogenesis. These findings support the idea that AD may exist as early as birth and appear in old age, when the brain is more vulnerable to damage, and that some proteins are neurodegenerative presages in the neonatal AD brain.