Sars-CoV-2 spike/s1 proteini, nöropilin-1 ve toll benzeri reseptör 4 inhibitörlerinin sinir sistemindeki farklı fizyolojik süreçlerde etkilerinin araştırılması
Investigation of the effects of sars-CoV-2 spike/s1 protein, neuropilin-1 and toll-like receptor 4 inhibitors on different physiological processes in the nervous system
Yazar: İBRAHİM KAMACI
Danışman: DOÇ. DR. ESİN AKBAY ÇETİN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı / Fizyoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyoloji = Biology ; Fizyoloji = Physiology ; Nöroloji = Neurology

Özet:
2019 yılı itibariyle pandemiye neden olmuş olan Şiddetli Akut Solunum Sendromu-2
(SARS-CoV-2)'nin sinir sistemi işleyişinde bozukluklara sebep olduğu bildirilmiştir. Ek
olarak, yapılan az sayıda çalışmada SARS-CoV-2 Spike proteininin alt birimlerinden biri
olan S1 proteininin sinir sisteminde doğrudan ya da dolaylı olarak fizyolojik bozukluklar
meydana getirdiği tespit edilmiştir. Yapılan bu tez çalışması kapsamında, SARS-CoV-2
Spike/S1 proteini ve hedef reseptörleri olduğu bildirilmiş olan Nöropilin-1 (Nrp-1) ve Tollbenzeri Reseptör 4 (TLR4) inhibitörlerinin nöronal hücreler üzerindeki fizyolojik etkileri
araştırılarak tartışılmıştır. Bu amaçla, öncelikle L929 ve T98G hücre hatları üzerindeki
sitotoksik deneylerle maddelerin uygun konsantrasyonları belirlenmiştir. Bu aşamayı takiben
maddelerin etkinliklerini araştırmak üzere, SH-SY5Y hücreleri kullanılmıştır. Maddelerin
hem direkt hem de kombine bir şekilde uygulanmasının nöronal farklılaşma potansiyeli
(nörojenez) üzerindeki etkileri incelenmiştir. Bunun yanı sıra, maddelerin aksonal büyüme
üzerindeki etkilerini tespit etmek üzere farklılaşma aşamasının 1, 3, 5 ve 7. günlerinde
aksonal morfoloji incelenmiştir ve aksonal uzantılar ölçülerek karşılaştırılmıştır. Aynı
zamanda maddelerin nöronlara farklılaştırılmış SH-SY5Y hücrelerindeki nöroproteksiyon
sürecine etkileri değerlendirilmiştir. Bunun yanında, maddelerin bir sinir hasarı sonrasındaki
ii
iyileşmeye olan etkileri ve bir transwell sistemindeki nöronal göç sürecine etkileri
incelenmiştir.
Elde edilen veriler, SARS-CoV-2 Spike/S1 proteininin Nrp-1'in fonksiyonlarında Nrp-1
inhibitörüne benzer etkiler yaptığını göstermiştir. S1 proteininin Nrp-1 inhibitörüyle benzer
şekilde, nöronal farklılaşmayı olumsuz etkilediği, aksonal büyümeyi zamana bağlı olarak
yavaşlattığı, nöroproteksiyonu zamanla doğru orantılı bir şekilde bozduğu ve apoptozu
indüklediği, sinir hasarı iyileşmesi üzerinde olumsuz etkiye sebep olduğu, aynı zamanda
hücre adezyonunu ve nöronal göçü olumsuz yönde etkilediği tespit edilmiştir. Buna karşın,
S1 proteininin diğer bir hedef reseptörü olan TLR4'ün TAK242 ile bloke edilmesinin bu
süreçlerde S1 ve EG00229 ile benzer bir etkisi olmamıştır. Ek olarak, Nrp-1 ve TLR4
reseptörlerinin sinir sistemindeki bazı fizyolojik süreçlerde birbirleriyle doğrudan ya da
dolaylı olarak ilişkili olduğu tespit edilmiştir. Tüm bunlarla beraber, EG00229 zaman ve
miktar parametrelerine bağlı olarak S1'in olumsuz etkilerini önlemiştir.
Tüm sonuçlar birlikte ele alındığında, SARS-CoV-2'nin ya da sinir sistemine sızan S1
proteininin, sinir sistemindeki patofizyolojik etkilere Nrp-1 fonksiyonunu bozarak
doğrudan sebep olabileceği görülmüştür. Elde edilen bulgular, SARS-CoV-2'nin sinir
sistemindeki hasarlarını önlemek için tasarlanabilecek ilaç ya da teröpatik ajan çalışmalarına
ışık tutacaktır.
Anahtar Kelimeler: SARS-CoV-2, Spike proteini, Nöropilin-1, Toll Benzeri Reseptör 4,
Nörojenez, Aksonal büyüme, Nöroproteksiyon, Nöronal göç

Abstract:
As of 2019, Severe Acute Respiratory Syndrome-2 (SARS-CoV-2), which caused the
pandemic, has been reported to cause disorders in the functioning of the nervous system. In
addition, a small number of studies have found that the S1 protein, one of the subunits of the
SARS-CoV-2 Spike protein, directly or indirectly causes physiological disorders in the
nervous system. Within the scope of the thesis study, the physiological effects of
Neuropilin-1 (Nrp-1) and Toll-like Receptor 4 (TLR4) inhibitors, which have been reported
to be one of the units of SARS-CoV-2 Spike/S1 protein and its target receptors, on neuronal
cells were discussed. For this purpose, the appropriate concentrations of the substances were
first determined by cytotoxic assays on L929 and T98G cell lines. Following this step, to
investigate the effects of the substances on neuronal processes, appropriate experimental
groups were established with the physiological identities of SH-SY5Y cells, both at the
neuroblastoma stage, neuronal differentiation stage and after differentiation into neuronal
cells.
The effects of both direct and combined administration of the substances on neuronal
differentiation potential (neurogenesis) were examined. We also evaluated the effects of the
substances on the neuroprotection process in SH-SY5Y cells differentiated into neurons. In
iv
addition, the effects of the substances on the recovery after a nerve injury and on the
neuronal migration process in a transwell system were analyzed.
The data obtained showed that the SARS-CoV-2 Spike/S1 protein exerts similar effects on
the functions of Nrp-1 as the Nrp-1 inhibitor. Similar to Nrp-1 inhibitor, S1 protein was
found to negatively affect neuronal differentiation, slow down axonal growth in a timedependent manner, impair neuroprotection in a time-dependent manner, induce apoptosis,
have a negative effect on nerve injury recovery, and negatively affect cell adhesion and
neuronal migration. In contrast, blocking TLR4, another target receptor of S1 protein, with
TAK242 did not have a similar effect on these processes as S1 and EG00229. In addition,
Nrp-1 and TLR4 receptors have been found to be directly or indirectly related to each other
in some physiological processes in the nervous system. Nevertheless, EG00229 prevented
the negative effects of S1 depending on time and quantity parameters.
Taken together, the results suggest that SARS-CoV-2 or S1 protein infiltrating the nervous
system may directly cause pathophysiological effects in the nervous system by disrupting
Nrp-1 function. The findings will shed light on the studies of drugs or therapeutic agents that
can be designed to prevent the damages of SARS-CoV-2 in the nervous system.
Keywords: SARS-CoV-2, Spike protein, Neuropilin-1, Toll-like receptor 4, Neurogenesis,
Axonal growth, Neuroprotection, Neuronal migration