Sıçanlarda adolesan dönemde kalori kısıtlamasının hipokampusta nörogenez, öğrenme ve hafıza üzerine etkisinin araştırılması
Investigating the effects of caloric restriction in rats during adolescent period on neurogenesis in hippocampus, learning and memory functions
Yazar: ZÜLAL KAPTAN
Danışman: PROF. DR. GÜLAY ÜZÜM
İstanbul Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Fizyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Fizyoloji = Physiology
Dizin: Bellek = Memory ; Ergenler = Adolescents ; Hipokampus = Hippocampus ; Kalori testleri = Caloric tests ; Kalorimetri = Calorimetry ; Sinir dokusu = Nerve tissue ; Sinir sistemi = Nervous system ; Sıçanlar = Rats ; Öğrenme = Learning

Özet:
Beyin gelişiminin hızlı olduğu adolesan dönemde beyin dış faktörlere karşı daha hassastır. Kalori kısıtlaması (KK), esansiyel besin gereksinimi sürdürülürken alınan kalorinin azaltılmasıdır ve nöroprotektif etkileri bilinmektedir. Bu konuda çalışmalar genellikle yaşlı bireylerde %30-60 oranında KK yapılarak gerçekleştirilmiştir. Ancak adolesan dönemde düşük şiddette KK'nin (%15) erişkin dönemde bilişsel işlevler ve onlara etki eden faktörler üzerine etkileri araştırılmamıştır. Çalışmamızda 28 günlük Sprague-Dawley dişi sıçanlar 6 gruba ayrıldı: 4 hafta normal diyet (ND); 4 hafta düşük kalorili diyet (DKD); 4 hafta ND+Morris Su Labirenti (MSL); 4 hafta DKD+MSL; 8 hafta ND; 4 hafta DKD+4 hafta ND+MSL. MSL testiyle spasyal hafıza değerlendirildi. Hipokampusta nörogenezi araştırmak için bölünen hücrelerin eksprese ettikleri PCNA (Prolifere olan hücre nükleer antijeni) ve nöronların eksprese ettikleri NeuN (Nöronal nükleer antijen) immünohistokimyasal olarak işaretlendi. Hipokampusta BDNF'nin (Beyin kökenli nörotrofik faktör) ve NOS (Nitrik oksit sentaz) izoformlarının düzeyleri saptandı. DKD'nin olası stres etkisi serum kortikosteron düzeylerine bakılarak değerlendirildi. Adolesan dönemde DKD spasyal öğrenmeyi değil ama spasyal hafızayı bozdu. Çalışmanın özgün bulgusu, adolesan dönemde DKD ile beslenmenin erişkin dönemde spasyal öğrenme/hafızayı anlamlı olarak iyileştirmesiydi. Bu etkinin dentat girusta PCNA ve NeuN pozitif hücrelerin anlamlı olarak artmasına (nörogenezdeki artışa), hipokampusta BDNF ve eNOS (endotelyal NOS) düzeyindeki artışa bağlı olduğu düşünülebilir. Bulgularımız erişkin dönemde hipokampusta nöral kök hücrelerin proliferasyonunun artması ve bunların nörona farklılaşıp mevcut devrelere entegre olması, böylece öğrenme ve hafıza işlevinin iyileşmesini sağlaması için adolesan dönemde beslenmenin önemini ortaya çıkarmıştır. Sonuçlarımız, yaşa bağlı bilişsel bozuklukların iyileştirilmesini amaçlayan çalışmalar için yararlı olacaktır.
 
Anahtar Kelimeler: Kalori kısıtlaması, Adolesan, Hipokampus, Nörogenez, Öğrenme ve Hafıza
Bu çalışma, İstanbul Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi tarafından desteklenmiştir. Proje No: 38750

Abstract:
During adolescence in which brain development is the fastest, the brain is more susceptible to external factors. Caloric restriction (CR), is reducing caloric intake while maintaining essential nutrient requirements and its neuroprotective effects are known. Studies on this subject was carried out with 30-60% CR, usually performed in older individuals. However, the effects of low intensity of CR (15%) in adolescence on cognitive functions and the factors affecting them in adulthood have not been investigated. In our study, 28 days old Sprague-Dawley female rats were divided into 6 groups: 4 weeks normal diet (ND); 4 weeks low-calorie diet (LCD); 4 weeks ND+Morris Water Maze (MWM); 4 weeks LCD+MWM; 8 weeks ND; 4 weeks LCD+4 weeks ND+MWM. Spatial memory was assessed with MWM test. To study neurogenesis in the hippocampus, PCNA (Proliferating cell nuclear antigen) expressed by dividing cells and NeuN (Neuronal nuclear antigen) expressed by neurons have been marked by immunohistochemistry. The levels of BDNF (Brain derived neurotrophic factor) and NOS (Nitric oxide synthase) isoforms in hippocampus were measured. Possible stress effect of LCD was assessed by looking at the serum corticosterone levels. LCD in adolescence disturbed spatial memory but not learning. The original finding of the study was, significantly improving effect of LCD in adolescence on spatial learning/memory in adulthood. This effect can thought to be linked to the significant increase in PCNA and NeuN positive cells in dentate gyrus (increase in neurogenesis) and in the levels of BDNF and eNOS (endothelial NOS) in hippocampus. Our findings have revealed the importance of nutrition in adolescence for increased neural stem cell proliferation in hippocampus and their integration to existing circuits after differentiation to neurons thus providing recovery in learning and memory function. Our results will be useful for studies which aim to repair age-related cognitive impairments.

Key Words: Caloric restriction, Adolescent, Hippocampus, Neurogenesis, Learning and Memory
The present work was supported by the Research Fund of Istanbul University. Project No: 38750