Investigating th effects of lenti-virus mediated GDNF expression on functional recovery, brain plasticity and neurogenesis after transient focal cerebral ischemia in mice

Abstract

Beyin felci, hayatta kalmalarına rağmen birçok insanın hayatını kötü bir şekilde etkilemektedir. Pıhtılaşmayı önleyici ajanlar, doku plazminojen aktivatörü ve statinler, klinikte kullanılmakta olan tedaviler olarak sayılabilir. Bu tedaviler, hasarın daha ileri boyutlara ulaşmasını engellerken fonksiyonel eksikliklerin geri kazanılması için yeterli olamamaktadır. Kısmi iyileşme sağladığı gösterilen, nöroprotektif moleküller, nöromodülatörler, nörotrofik ajanlar, büyüme faktörleri, hormonlar, hücre temelli sistemler, vs gibi çeşitli terapötik stratejiler keşfedilmiştir. GDNF (Glial hücre hattından türetilmiş nörotrofik faktör) beyin felci tedavisinde terapötik olarak kullanılmaya aday en güçlü moleküllerden biridir. Rekombinant GDNF molekülünün direkt infüzyonu veya genetik manipulasyonlar ile ekspresyon artışının sağlanması yöntemleri daha önce bazı araçtırmacılar tarafından beyin felci modeli oluşturulmuş hayvanlara uygulanmıştır. Bu tezde, beyin içine uygulanan lenti-viral vektörler vasıtasıyla devamlı bir GDNF ekspresyonunu sağlanmıştır. Genoma entegre olabilme ve bölünmeyen hücreleri enfekte edebilme özellikleri sayesinde lenti-viral vektörlerden yararlanılmıştır. Bu çalışma, lenti-viral aracılı GDNF gen transferinin beyin felcinde terapötik bir amaçla kullanıldığı literatürdeki ilk çalışmadır. Hasar alanı, ödem ve nöronal sağ kalım analizleri, GDNF'in nöroprotektif etkisi sayesinde tetiklenen iyileşme sürecine dair ipuçları vermektedir. Ayrıca, fonksiyonel seviyede davranış deneyleri ve moleküler seviyede aksonal projeksiyon analizleri ile nöroplastisite analiz edilmiş ve iskemi sonrası 55. günde iyileşme açıkça gözlenmiştir. Ek olarak DNA fragmantasyon analizi, nörogenez analizi, glial yara analizi ve büyümeyi inhibe edici faktörlere ait protein ekspresyon analizi gerçekleştirilmiş ve nöronal iyileşmeye dair bulguları gözler önüne sermiştir.

Stroke affects lives of many people adversely, although they survive after an attack. Administration of anticoagulants, tissue plasminogen activators (tPA) and statins are current medications for ischemic stroke, clinically. These treatments mediate to prevent further damage, but not sufficient for restoration of functional deficiencies. Numerous different therapeutic factors providing partial recovery have been identified, including neuroprotective molecules, neuromodulators, neurotrophic agents, growth factors, hormones, cell-based systems, etc. Glial cell-line derived neurotrophic factor (GDNF) is one of the powerful candidate therapeutics for stroke treatment. Direct administration of recombinant GDNF protein or upregulation of its expression via genetic manipulation was applied to animal models of brain ischemia by many researchers. In this thesis, prolonged expression of GDNF was achieved by lenti-viral vectors which was administered intracerebrally. Due to its capability to provide sustained expression by integrating host genome and transduce non-dividing cells, lenti-viral vectors were used. This was the first time usage of lenti-viral mediated GDNF gene transfer as a therapeutic purpose for stroke. Measurements of infarct size, swelling and neuronal survival showed an acute improvement triggered by means of GDNF's neuroprotective effects. Also, neuroplasticity was analysed at functional level by behavioral tests and at a molecular level by axonal projection analysis which showed an apparent recovery at post-ischemic day 55. Additionally, DNA fragmentation analysis, neurogenesis analysis, glial scar analysis and protein expression analysis of growth inhibiting factors were performed and showed improvements in neuronal recovery.