Kök hücrelerin nöronal indüksiyonunun kalsiyum/kalmodulin bağimli protein kinaz 2 (CaMKII) izoenzim ifadesine etkisi
The effect of mesenchymal stem cells neuronal induction on isoenzyme expressions of calcium/calmodulin dependent protein kinase 2 (CaMKII)
Yazar: TUĞBA ŞAN ERKOÇ
Danışman: PROF. DR. PINAR AKAN
Dokuz Eylül Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Sinirbilimler Ana Bilim Dalı / Sinirbilim Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Biyoloji = Biology ; Genetik = Genetics
Dizin: Hücre canlılığı = Cell survival ; Hücre farklılaşması = Cell differentiation

Özet:
Kalsiyum bağımlı sinyal yolakları fertilizasyondan farklılaşma ve organogenezise kadar süren embriyonal gelişimde çok önemli rollere sahiptir. Sinir sisteminde kalsiyum bağımlı sinyallerin uzun süreli hafızanın oluşumu gibi nöronal fonksiyonlarda düzenleyici olduğu bilinmektedir. Nöronların içerisindeki kimyasal olayların beyin fonksiyonlarını etkileyebildiği keşfedildiğinden beri bilim insanları bir "hafıza molekülü" aramışlardır. Bu arayışta kalsiyum/kalmodulin bağımlı protein kinaz II (CaMKII) enziminin öğrenme ve uzun dönemli hafıza sürecini başlatan kilit role sahip bir enzim olduğu keşfedilmiştir. Hücre içi kalsiyum değişimlerinin nöral indüksiyon ile nöral progenitor hücrelerin nöronlara farklılaşması ve nöroglial farklılaşma da dahil olmak üzere nörojenezin erken dönemlerinde görev aldığı ileri sürülmektedir. 
Nöronlarda yoğun olarak bulunan CaMKII enziminin düzey değişimlerinin nöronal hücre canlılığı üzerine etkileri tartışılmakla beraber CaMKII izoenzimlerinin nöronal farklılaşma süreci üzerine etkileri henüz net olarak bilinmemektedir. Bu çalışmada mezenkimal kök hücrelerin nöral farklılaşma indüksiyonu sonrasındaki nöroprojenitor hücre gelişiminde CaMKII izoenzim değişimlerini tanımlamayı ve CaMKII enzim inhibisyonunun nöroprojenitor hücreler üzerindeki etkilerini belirlemeyi hedefledik. Çalışma sonucunda, nöronal farklılaşma süresince CaMKII'nin özellikle α ve β izoenzimlerinin ekspresyonunda artış gözlemlenmiştir. Bu artışın, sinaptik plastisite ve dendritik yapılanma gibi kritik nöral fonksiyonlarla ilişkili olduğu bilinmektedir. Ayrıca, CaMKII inhibitörü KN-93'ün hücre canlılığını ve proliferasyonu olumsuz etkilediği, bu enzimin nöronal gelişim için vazgeçilmez olduğunu göstermiştir. Sonuç olarak, bu bulgular nörodejeneratif hastalıkların tedavisinde WJ-MKH tabanlı yaklaşımların ve CaMKII hedefli terapötik stratejilerin geliştirilmesi için temel teşkil etmektedir.

Abstract:
Calcium-dependent signaling pathways play critical roles in embryonic development, from fertilization to differentiation and organogenesis. In the nervous system, calcium-dependent signals are known to regulate neuronal functions, such as the formation of long-term memory. Since the discovery that intracellular chemical events in neurons can influence brain functions, researchers have been searching for a "memory molecule." In this quest, calcium/calmodulin-dependent protein kinase II (CaMKII) has been identified as a key enzyme initiating learning and long-term memory processes. Intracellular calcium fluctuations are proposed to play a role in early neurogenesis, including neural induction, differentiation of neural progenitor cells into neurons, and neuroglial differentiation.
While the effects of CaMKII level changes on neuronal cell viability remain debated, the role of CaMKII isoenzymes in the neuronal differentiation process is not yet fully understood. This study aimed to characterize CaMKII isoenzyme changes during the neural progenitor cell development following neural differentiation induction of mesenchymal stem cells and to determine the effects of CaMKII inhibition on neural progenitor cells. The study revealed that during neuronal differentiation, the expression of CaMKII isoenzymes, particularly α and β, increased significantly, as demonstrated by RT-qPCR. This increase was associated with critical neuronal functions, such as synaptic plasticity and dendritic architecture. Additionally, the CaMKII inhibitor KN-93 was shown to adversely affect cell viability and proliferation, indicating the indispensable role of this enzyme in neuronal development. In conclusion, these findings provide a foundation for developing WJ-MSC-based approaches and CaMKII-targeted therapeutic strategies for the treatment of neurodegenerative diseases.