Kalbe özgü duyu nöronlarının transgenik yaklaşım kullanılarak sağlıklı ve iskemik hasar sonrası fare kalbinde incelenmesi
Investigation of heart specific sensory neurons using a transgenic approach in a healthy and after ichemic damage mouse heart
Yazar: SEVİLAY ŞAHOĞLU GÖKTAŞ
Danışman: DOÇ. DR. ESRA ÇAĞAVİ ; PROF. DR. GÜRKAN ÖZTÜRK
İstanbul Medipol Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Sinir Bilimi Ana Bilim Dalı / Sinirbilim Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Biyoloji = Biology ; Fizyoloji = Physiology ; Moleküler Tıp = Molecular Medicine
Dizin: Duyu sinirleri = Sensory neurons ; Duyusal reseptör hücreler = Sensory receptor cells ; Fareler = Mice ; Görüntüleme yöntemleri = Imaging methods ; Hayvan deneyleri = Animal experimentation ; Kalp = Heart ; Kardiyak sinyalleri = Cardiac signals ; Miyokard enfarktüsü = Myocardial infarction

Özet:
Duyusal sinir sistemi, kalp fonksiyonunun regülasyonunda kritik öneme sahiptir. Otonom sinirlerin kalbi inervasyonu ve fonksiyonu hakkında birçok çalışma olmakla beraber, kalbin afferent inervasyonu konusunda bilgimiz yetersizdir. Literatürdeki bu eksikliği gidermek ve afferentlerin sağlıklı ve miyokard infarktüs (MI) sonrası kalbe inervasyonunu 3 boyutlu (3B) tüm kalpte haritalamak amacıyla tez kapsamında VGLUT2-Cre::tdTomato ikili transgenik fare soyu üretildi ve ileri yöntemler kullanılarak görüntülendi. VGLUT2 ifade eden spinal ve vagal kökenli kardiyak afferentlerin haritasını kalbin dorsal ve ventral yüzlerinde daha önce gösterilmemiş yüksek çözünürlükte ve 3B görüntüledik. Kalbin dorsal yüzünde ventrale oranla anlamlı şekilde daha yoğun afferent inervasyonunun olduğunu tespit ettik (p=0.004). Afferent ve efferent karşılaştırmalı 3B kardiyak haritalarını oluşturduğumuz çalışmamızda nöron çapı analizlerinde ~5μm'den kalın fiberlerin dorsal yüzde istatistiksel anlamlı olarak yoğun olduğu tespit edildi (p=0.01). Atriyum ve ventriküllerin ayrıntılı karakterizasyonu sonucunda, çiçek benzeri sonlanmalar, kas içi uçlar ve kalbin farklı anatomik kısımlarını inerve eden serbest sinir ucu gibi afferent sinir sonlanma morfolojileri yüksek çözünürlükle tespit edildi. VGLUT2::tdTomato transgenik fare kalplerinde TUJ1 immün boyama ile saptanan global sinir inervasyonunun %20-30'unun VGLUT2 ifade eden affrentler ile örtüştüğü tespit edildi. Sağlıklı ve iskemik hasar sonrası kalbin afferent ve efferent inervasyonunu karşılaştırmak amacıyla oluşturulan MI modelinde, hasar sınır bölgesinde hiperinervasyon ve infarktüs alanına uzak bölgelere kıyasla afferent yoğunluğunda istatistiksel bir artış olduğunu gösterdik (p<0.003). Bu bulgular, iskemik hasar sonrası afferent ağdaki değişimin kardiyak disfonksiyon ve mortaliteye etki edebileceğini düşündürmektedir. Bu tez kapsamında üretilen VGLUT2::tdTomato ikili transgenik farelerde 3B kalp görüntüleme tekniklerinde yapılan gelişmeler ile vagal ve spinal afferentlerin büyük çoğunluğunu temsil eden VGLUT2 ifadeli aksonların atriyum ve ventrikül özelinde sağlıklı ve MI sonrası inervasyon paternleri detaylı olarak gösterilmiştir. Bu tezde elde dilen sonuçlar, nörokardiyak ağın afferent inervasyonu tanımlaması yönü ile literatürdeki önemli bir bilgi eksikliğinin giderilmesine önemli katkı sağlamakla beraber, gelecekte yapılacak çalışmalarda afferent ağın özellikle iskemik hasar ve diğer kardiyak anomalilerde etkisinin fonksiyonel araştırmaları için değerli bir alt yapı oluşturmuştur.

Abstract:
The sensory nervous system is critical in the regulation of heart function. Although there are many studies on cardiac innervation and function of autonomic nerves, our knowledge on afferent innervation of the heart is insufficient. In order to fill this gap in the literature and to map the innervation of afferents to the healthy and post-myocardial infarction (MI) heart in 3D (3D) whole heart, VGLUT2-Cre::tdTomato double transgenic mouse strain was produced and imaged using advanced methods. We visualized a map of spinal and vagal-derived cardiac afferents expressing VGLUT2 on the dorsal and ventral side of the heart in high resolution and 3D that has not been shown before. We found that there was significantly more intense afferent innervation on the dorsal side of the heart compared to the ventral side (p=0.004). In our study, in which we visualized whole cardiac afferent and efferent innervation, in neuron diameter analyzes fibers thicker than ~5μm were found to be statistically significant on the dorsal side (p=0.01). As a result of detailed characterization of atria and ventricles, spinal afferent nerve ending morphologies such as flower-like endings, intramuscular endings and free nerve endings innervating different anatomical parts of the heart were detected with high resolution. In VGLUT2::tdTomato transgenic mouse hearts, 20-30% of global nerve innervation detected by TUJ1 immunostaining was found to overlap with VGLUT2 expressing afferents. To compare the afferent and efferent innervation of the healthy and post-ischemic heart, we generated mouse MI model. We showed that there was statistical increase in afferent hyperinnervation in the injury border zone when compared to the regions far from the infarct area (p<0.003). These findings suggest that the change in the afferent network after ischemic injury may affect cardiac dysfunction and mortality. In the VGLUT2::tdTomato double transgenic mice produced within the scope of this thesis, the developments in 3D cardiac imaging techniques; the innervation patterns of VGLUT2 expressed axons, which represent the majority of vagal and spinal afferents, in healthy and MI hearts' atria and ventricles have been shown in detail. The results obtained in this thesis, besides making an important contribution to the elimination of an important lack of knowledge in the literature in terms of the definition of afferent innervation of the neurocardiac network, formed a valuable infrastructure for the functional studies of the effect of the afferent network, especially in ischemic damage and other cardiac anomalies, in future studies.