Oksitosin hormonunun, hipokampal nöronların plastisite değiştirme yetenekleri üzerine olan etkisinin elektrofizyolojik yöntem ile araştırılması
Investigation of the effects of oxytocin hormone on the plasticity modification capabilities of hippocampal neurons by electrophysiological method
Yazar: DUYGU BAŞ
Danışman: PROF. DR. CEM SÜER
Erciyes Üniversitesi / Tıp Fakültesi / Fizyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Tıpta Uzmanlık, 2024
Konu: Fizyoloji = Physiology

Özet:
Amaç: Sinaptik plastisite, nöronlar arasındaki bağlantılarda etkinliğin değişebilmesidir ve öğrenme/bellek süreçlerinin altında yatan hücresel mekanizmadır. Sinaptik plastisitenin plastisitesi olarak ifade edilen metaplastisite, modifikasyon eşiği olan Qm'in sinaptik aktivite geçmişi ile ilişkili olarak değişmesi ve UDG oluşması beklenen durumlarda UDG'nin bozulmasıdır. Modifikasyon eşiği (Qm), UDG'nin indüksiyonu için gereken en düşük aferent aktivite frekansını gösteren, postsinaptik hücrenin önceki geçmişine bağlı olarak değişen ve sinapsları kullanışlı bir dinamik aralıkta tutan homeostatik bir mekanizmadır. Oksitosin hipotalamusta sentezlenen, başta hipokampüs olmak üzere beyinde birçok bölgesinde reseptörü bulunan bir nöropeptidtir ve öğrenme ve hafıza modülasyonunda önemli bir rolü vardır. Bu çalışmada oksitosinin sinaptik plastisite ve modifikasyon eşiği üzerine olan etkisi, genç-erişkin erkek sıçan modelinde elektrofizyoloji ve moleküler çalışmalar ile araştırılacaktır.
Yöntem ve Gereçler: Çalışmada 84 adet Wistar albino erkek sıçan kullanıldı. Her bir grupta 28 sıçan olacak şekilde 3 gruba ayrıldı. Gruplarda uygulanan bazal kayıt, nöronal plastisitenin deneysel formları olan uzun dönemli güçlenme (UDG), uzun dönemli baskılanma (UDB) protokollerinin her biri için 6 sıçan ve modifikasyon eşiği belirlenmesi protokolü için 10 sıçan kullanıldı.Anestezi saltında stereotaksik çatıya yerleştirilen sıçanların dentat girus'dan  (DG) hücre dışı alan potansiyelleri, eksitatör postsinaptik potansiyel (EPSP) eğim ve popülasyon spike (PS) olarak kaydedildi.Uygun protokoller (yüksek frekanslı uyarım-YFU, düşük frekanslı uyarım-DFU, modifikasyon eşiği belirlemek için1 Hz, 5 Hz, 10 Hz, 30 Hz ve 100 Hz olmak üzere toplamda 5 farklı frekansta uyarım protokolü) kullanıldı, UDG, UDB indüklendi ve 1 saat süreyle dentat girusa serum fizyoloijk (SF), oksitosin (5 µM) veya oksitosin (5 µM) + antagonisti (10 µM) infüzyonu yapıldı. EPSP eğim ve PS genlik bileşenleri hesaplandı.
Bulgular: SF, oksitosin ve oksitosin+ antagonist gruplarında YFU ile indüklenen sinaptik güçlenme kalıcı olmadı. SF grubunda YFU ile elde edilen nöronal UDG, oksitosin infüzyonu altında inhibe oldu ve bu inhibisyon oksitosin antagonisti varlığında ortadan kalktı. Tüm gruplarda DG sinapslarında geçici bir sinaptik baskılanma indüklendi fakat kalıcı olmadı. DFU ile nöronal plastisite indüksiyon döneminde sadece OT+Ant grubunda anlamlı değişiklik oldu. İdame döneminde kontrol grubu PS genliğini anlamlı olarak artırdı. θm belirleme protokolünde 1 Hz uyarım ile her üç grupta EPSP eğimi azaldı. Frekans arttıkça bu azalma giderek azaldı. Düşük frekanslı uyarımların sinaptik güçte neden olduğu baskılanma 30 ve 100 Hz'lik uyarımlardan sonra görülmedi. Frekans – EPSP eğim ilişkisi oksitosinin tek başına veya antagonisti ile birlikte verilmesinden etkilenmedi.PS genliği 1Hz uyarımdan sonraki 5 dakika içinde, her üç grupta arttı. 5 ve 10 Hz frekanslardaki uyarımlardan sonra ise belirgin bir azalma; 30Hz ve 100Hz uyarımlardan sonra ise artış gözlendi. Hem PS genliği üzerine hemde EPSP eğimi üzerine anlamlı frekans etkisi varken, grupxfrekans etkileşimi anlamlı değildi. EPSP/PS oranı kontrol ve OT grubunda 1Hz ve 100 Hz'de azalırken 5 Hz ve 10 Hz'de arttı.
Sonuç: Bulgular oksitosinin nöronal uyarılabilirliği fizyolojik düzeyde tutmaya katkısı olan moleküllerden biri olabileceğini desteklemektedir. Olasılıkla bu etkinin bir sonucu olarak, oksitosin yüksek frekanslı uyarım ile indükenen somatik plastisiteyi azaltırken düşük frekanslı uyarım ile indüklenen somatik plastisiteyi etkilememiştir. 

Anahtar Kelimeler: Hipokampus, Modifikasyon Eşiği, Oksitosin, Sıçan, Sinaptik Plastisite.

Abstract:
Objective: Synaptic plasticity refers to the ability of synaptic connections between neurons to change in activity and is the cellular mechanism underlying learning and memory processes. Metalplasticity, termed as the plasticity of synaptic plasticity, is the alteration of the modification threshold (Qm) in relation to the synaptic activity history and the deterioration of LTP (long-term potentiation) in cases where LTP is expected to occur. The modification threshold (Qm) is a homeostatic mechanism that represents the minimum afferent activity frequency required for LTP induction, varies based on the postsynaptic cell's prior history and maintains synapses within a functional dynamic range. Oxytocin, a neuropeptide synthesized in the hypothalamus and found in many brain regions, notably the hippocampus, plays a crucial role in learning and memory modulation. In this study, the effect of oxytocin on synaptic plasticity and modification threshold will be investigated by electrophysiology and molecular approaches in a young-adult male rat model.
Materials and Methods: The study used 84 male Wistar albino rats, divided into three groups of 28 each. Six rats per group were subjected to protocols for basal recording, and experimental induction of neuronal plasticity, including long-term potentiation (LTP), long-term depression (LTD), and ten rats were subjected to protocol for modification threshold determination. Under anesthesia, rats were placed in a stereotaxic apparatus, and extracellular field potentials from the dentate gyrus (DG) were recorded as excitatory postsynaptic potential (EPSP) slope and population spike (PS). Appropriate protocols (high-frequency stimulation-HFS, low-frequency stimulation-LFS, and five different frequencies for modification threshold determination: 1 Hz, 5 Hz, 10 Hz, 30 Hz, and 100 Hz) were applied. LTP, LTD were induced, and for 1 hour, the dentate gyrus was infused with either saline (SF), oxytocin (5 µM), or oxytocin (5 µM) + antagonist (10 µM). EPSP slope and PS amplitude components were calculated.
Results: HFS-induced synaptic potentiation was not permanent in the SF, oxytocin, and oxytocin +antagonist groups. Neuronal LTP obtained by HFS in the SF group was inhibited under oxytocin infusion, and this inhibition was abolished in the presence of the oxytocin antagonist. Transient synaptic suppression of DG synapses was induced in all groups, but it was not permanent. During the induction period of neuronal plasticity with LFS, significant changes occurred only in the OT+Ant group. In the maintenance period, the control group significantly increased PS amplitude. In the θm determination protocol, EPSP slope decreased with 1 Hz stimulation in all three groups. As the frequency increased, this decrease progressively reduced. The suppression caused by low-frequency stimulation in synaptic strength was not observed after 30 and 100 Hz stimulations. The frequency-EPSP slope relationship was unaffected by oxytocin alone or with its antagonist. PS amplitude increased within 5 minutes after 1 Hz stimulation in all three groups. After 5 and 10 Hz stimulations, a notable decrease was observed; after 30 Hz and 100 Hz stimulations, an increase was noted. While there was a significant frequency effect on both PS amplitude and EPSP slope, the group×frequency interaction was not significant. The EPSP/PS ratio decreased at 1 Hz and 100 Hz in the control and OT groups, whereas it increased at 5 Hz and 10 Hz.
Conclusion: These findings suggest that oxytocin may be one of the molecules contributing to maintaining neuronal excitability at a physiological level. Probably as a result of this effect, oxytocin reduced somatic plasticity induced by high-frequency stimulation, but not somatic plasticity induced by low-frequency stimulation. 

Keywords: Hippocampus, Modification Threshold, Oxytocin, Rat, Synaptic Plasticity.