Glikojenin iskemik inme ve retinal iskemi üzerine olan etkilerinin nörogliovasküler seviyede incelenmesi
Investigation of the effects of glycogen on ischemic stroke and retinal ischemia at neurogliovascular level
Yazar: GÖKHAN URUK
Danışman: PROF. DR. MÜGE YEMİŞCİ ÖZKAN
Hacettepe Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Nörolojik ve Psikiyatrik Temel Bilimler Ana Bilim Dalı / Temel Nörolojik Bilimler Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Nöroloji = Neurology
Dizin: Beyin = Brain ; Kan dolaşımı = Blood circulation ; Perisitler = Pericytes ; Retina = Retina ; İnme = Stroke ; İskemi = Ischemia

Özet:
Kan akımının ani kesilmesi sonucunda ilgili merkezi sinir sistemi bölgelerinde metabolik ihtiyaçları karşılayan enerji miktarında ani bir azalma gerçekleşmektedir. Başarılı rekanalizasyon gerçekleştirilse bile mikrodamarlardaki perisitlerin kasılı kalmasına bağlı olarak parankimde perfüzyon her zaman sağlanamamaktadır. Akut dönemdeki glukoz ve oksijen yokluğunda, beyinde astrosit, merkezi sinir sisteminin bir uzantısı olarak kabul edilen retinada ise Müller hücre son ayaklarında bulunan peri-mikrovasküler glikojenden elde edilen glukozun metabolik ihtiyacın karşılanmasında rol aldığı, mikrodamar kasılmalarıyla ilişkili olduğu, beyin ve retinada iskemi ile azaldığı, üretiminin ve/veya kullanımının bozulduğu durumlarda mikrodamar işlevlerinin bozulduğu düşünülmektedir. Bunların mekanizmalarının aydınlatılması amacıyla bu tez çalışmasında beyine intraserebroventriküler, retinaya intravitreal olarak glikojen fosforilaz enzimini inhibe ederek glikojen kullanımını engelleyen 1,4-dideoksi-1,4-imino-d-arabinitol (DAB) uygulanarak çeşitli zaman aralıklarında etkisi incelenmiş, merkezi sinir sisteminde glikojen sentaz-1 (GYS-1) enzimi ifade etmeyen erişkin fareler (GYS-1NestinKO) kullanılmıştır. Peri-mikrovasküler glikojenin, farmakolojik veya genetik olarak azaltılmasıyla beyinde ve retinada iskemi ile indüklenene benzer şekilde mikrodamarlarda kasılmaların ortaya çıktığı, iskemi yapıldığında beyinde enfarkt hacminin arttığı saptanmıştır. Mikrodamar kasılmalarının glikojen ile ilişkisi histopatoloijk olarak gösterilmiştir. Yabanıl ve GYS-1NestinKO farelerde retinal iskemi ve intravitreal DAB enjeksiyonları ile kontralateral gözde de retinal mikrodamar kasılmalarının arttığı ilk kez gözlenmiştir. Ayrıca kan-beyin/kan-retina bariyerinin kontrolünde önemli rol oynadığı bilinen PDGFR-β pozitif perisit sayısının azaldığı ve bu perisitlerin damar duvarından ayrıldığı, NG2 ve CD13 pozitif perisitlerin beyinde kasılmaların gerçekleştiği bölgelerde bulunduğu, ayrıca klaudin-5, GLUT-1 ifadesinin ciddi olarak azaldığı, buna karşın ZO-1 ve AQP4 düzeylerinin korunduğu bulunmuştur. Glikojenin beyin ve retinada nörogliovasküler düzeydeki etkilerinin ortaya konması, iskemik beyin ve retina hastalıklarının patofizyolojisini anlamada önemlidir ve potansiyel tedavileri belirlemede göz önüne alınmalıdır.

Abstract:
Ischemic stroke results in sudden blood flow cessation thus leads to sudden onset unmet energy requirements. Although the clotted artery is recanalized and blood flow is restored back, brain perfusion may not be sustained due to pericyte contraction. Under glucose deprived and hypoxic conditions, glucose derived from the glycogen stored around peri-microvascular astrocyte endfeets may serve as emergency fuel to meet metabolic demand during acute period of ischemic stroke. These mechanicsm should be investigated in retina, because retina is known as an extension of central nervous system and has highest number of pericyte among other tissues. Effects of intracerebroventricularly and intravitreally administered glycogen phosphorylase inhibitor 1,4-dideoxy-1,4-imino-d-arabinitol (DAB) are investigated through several time points. Moreover, transgenic mice in which glycogen synthase-1 expression is knocked out throughout its central nervous system (GYS-1NestinKO) are used in this study. These models demonstrates ischemic-like phenotype and microvascular constrictions under normal circumstances. When ischemia is introduced to glycogen utilization distruped mice, infarct volumes are increased compared to wild type littermates. Increased number of retinal microvascular constrictions contralaterally after ischemia in transgenic and wild type and intravitreally DAB injected mice are observed first time. Interaction of glycogen and microvascular constrictions are shown with both Periodic acid Schiff (PAS) and immunofluorescent anti-glycogen antibodies. In addition, important cellular alterations regarding blood-brain/retina barrier are observed. Number of PDGFR-β positive pericytes becomes less and detaches from their respective microvascular wall while NG2 and CD13 expressing pericytes seemes unaffected among these mice. Claudin-5 and GLUT-1 levels decline despite comparable preservation of ZO-1 and AQP4. Revealing impact of glycogen at neurogliovascular level in both brain and retina may become crucial for understanding the pathophysiology of ischemic stroke and retinal diseases together with the possible use of more effective therapeutic approaches of stroke.