Oligodendrosit hasarı ve bağırsak mikrobiyom çeşitliliği arasındaki ilişkinin araştırılması
Investigation of the relationship between oligodendrocyte damage and intestinal microbiome diversity
Yazar: MEHMET BOSTANCIKLIOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. DAVUT SİNAN KAPLAN
Gaziantep Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Fizyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Fizyoloji = Physiology
Dizin: Bellek = Memory ; Bellek analizi = Memory analysis ; Gastrointestinal mikrobiyom = Gastrointestinal microbiome

Özet:
İnsan ve hayvan çalışmaları bağırsak mikrobiyomunun, demiyelinizan hastalıkların patolojisinde rol oynayabileceğini göstermiştir. Bu konuda yürütülen çalışmaların hemen tamamı, bağırsak florasındaki bozulmayla indüklenen enflamatuvar süreci merkeze alarak demiyelinizan patogenezi açıklamayı denemiştir. "Bağırsak-beyin aksı" kavramının yol açtığı anlayış, bağırsak florasındaki bozukluğun tek yönlü olarak merkezi sinir sistemi üzerine etkilerini araştırmaya yoğunlaştırmıştır. Bununla birlikte, söz konusu aksın iki yönlü çalışıp çalışmadığı test edilmemiştir. Dolayısıyla, bu çalışmada, belleğin glial bileşeni olan miyelin ile bağırsak florası arasındaki ilişki, alfa-sinüklein, interlökin-3 ve tümör nekroz faktör-alfa belirteçlerinin kontrolünde, iki yönlü olarak araştırılmıştır. Bağırsak florasındaki bozulmanın miyelin üretimine etkisi polimeraz zincir reaksiyonu ve ELISA yöntemleriyle araştırılmasının yanında, hipokampal miyelin hasarının bağırsak florasına etkisi metagenomik sekanslama yapılarak incelenmiştir. Ayrıca, bağırsak disbiyozu ve miyelin hasarı arasındaki iletişimin, bellek ve motor performans üzerine etkisi davranış labirentleriyle test edilmiştir. Elde edilen bulgular, antibiyotikle indüklenen bağırsak disbiyozunun hipokampal temel miyelin proteini, p=.001, ve oligodendrosit spesifik protein, p=.158, üretimini baskıladığını göstermektedir. Diğer taraftan, hipokampal miyelin hasarının; vagus örneklerinde alfa-sinüklein, p=.001, ve kolon örneklerinde alfa-sinüklein, p=.014, tümör nekroz faktör-alfa, p=.035, ve interlökin-3, p=.016, seviyelerini arttırarak, bağırsak disbiyozuna yol açtığı bulunmuştur. Benzer şekilde, antibiyotik kullanımıyla indüklenen bağırsak disbiyozunun, kolon dokusu klaudin 5 protein seviyesini azalttığı tespit edilmiştir, p=.001, ve böylelikle bağırsak içerisindeki enflamasyonun, artmış plazma alfa-sinüklein, p=.001, seviyesi ile endike bir şekilde, sistemik dolaşıma sıçrayabildiği önerilmiştir. Davranış seviyesinde, miyelin hasarının uzamsal bellek performansını bozduğu ve anksiyete-benzeri davranışların ifadesinde artışa yol açtığı gün yüzüne çıkarılmıştır. Sonuç olarak, miyelin'in statik ve demiyelinizan bozukluklarla yalnızca klinik olarak ilişkili olduğu varsayımı artık geçerliliğini yitirmektedir. Giderek artan bir biçimde öğrenme fizyolojisi literatürüne nüfuz eden "miyelin plastisitesi" kavramı, sinaptik bellek teorisinin "bağırsak-beyin aksı" çalışmalarına dahil edilmiştir. Böylelikle, demiyelinizan hastalıkların açıklanamayan erken bellek bozukluğu semptomlarına, hipotetik açıklama ve deneysel çözümler sunabilecek "miyelin-mikrobiyom aksı" kavramsal bir bulgu olarak ortaya çıkmıştır.

Abstract:
Human and animal studies have revealed that the gut microbiome may play a role in the pathology of demyelinating diseases. The majority of research on this subject has sought to elucidate the pathogenesis of demyelination by focusing on the inflammatory process induced by intestinal flora dysbiosis. The understanding fostered by the concept of the "gut-brain-axis" has prompted investigations into the unidirectional effects of intestinal flora dysbiosis on the central nervous system. However, the potential bidirectionality of this axis has not been explored. In this study, the relationship between myelin, the glial component of memory, and intestinal flora was examined bidirectionally under the control of α-synuclein, interleukin-3, and tumor necrosis factor-α markers. Molecular and biochemical investigations of gut dysbiosis effects on myelin production were conducted using polymerase chain reaction and ELISA. Additionally, the impact of hippocampal myelin damage on gut flora was assessed through metagenomic sequencing. Moreover, the influence of the interaction between gut dysbiosis and myelin damage on memory and motor performance was evaluated using behavioral mazes. The findings revealed that antibiotic-induced intestinal dysbiosis suppressed the production of hippocampal myelin basic protein (p = .001) and oligodendrocyte-specific protein (p = .158). Conversely, hippocampal myelin damage was found to cause intestinal dysbiosis by elevating the levels of α-synuclein (p = .001) in vagus samples and α-synuclein (p = .014), tumor necrosis factor-α (p = .035), and interleukin-3 (p = .016) in colon samples. Similarly, gut dysbiosis induced by antibiotics was observed to reduce claudin-5 levels in colon tissue (p = .001), suggesting that inflammation in the intestine could spread to systemic circulation, as indicated by increased plasma α-synuclein levels (p = .001). At the behavioral level, it was demonstrated that myelin damage impairs spatial memory performance and leads to heightened expression of anxiety-like behaviors. Consequently, the notion that myelin is static and solely associated with demyelinating disorders is no longer tenable. The concept of "myelin plasticity," which is increasingly permeating the literature on learning physiology, has been integrated into the "gut-brain axis" studies of synaptic memory theory. As such, the "myelin-microbiome axis" has emerged as a conceptual advancement, providing hypothetical explanations and practical solutions to the unexplained symptoms of early memory impairments in demyelinating diseases.