Neurodegeneration in The Mice Brain: Effects of Calorie Restriction on Sirtuin Protein Levels.

Abstract

ÖZETAtalay B. Fare Beyninde Nörodejenerasyon: Kalori Kısıtlanmasının Sirtuin Protein Seviyelerine Etkileri. Yeditepe Universitesi, Sağlık Bilimleri Enstitüsü, Sinir BilimDoktora Programı. PhD Doktora Tezi. İstanbul, 2020.Nörodejeneratif (ND) hastalıklar Dünya popülasyonunun önemli bir bölümünü etkilemektedir. Alzheimer ve Parkinson hastalıkları önemli bir halk sağlığı problemi olarak önem kazanmaktadır. Güncel tıptaki birçok ilerlemelere ve nörodejenerasyondaki (NDN) moleküler yolların dahi açıkca anlaşılmasına rağmen bu hastalıklar progresyon göstermekte olup kesin bir tedavi yöntemi bulunmamaktadır.Kalori kısıtlanması (KK) etkinliği gösterilmiş bir nöroprotektif metoddur. Metabolizma üzerinde olumlu etkileri vardır. KK nın ND ve yaşa bağımlı hastalıklarda vücuttaki nöroprotektif mekanizmaları aktive ettiği düşünülmektedir. Değişik tiplerde etkinliği gösterilmiş KK modelleri bulunmaktadır. KK nın sirtuin proteinlerinin (SIRT) aktivasyonu aracılığıyla yaşam süresini uzattığı gösterilmiştir. SIRT histon deasetilaz aktivitesi olan bir grup protein ailesidir ve nikotinamid adenin dinükleotide bağlıdır. SIRT genetik suskunluk faktörleri olarak da adlandırılmaktadır ve mayalarda yaşam süresini uzattıkları gösterilmiştir. Histonlar SIRT ile deasetile olduklarında, kromatin kapalı, sıkıca ve muntazam olarak sarmalanmıştır. Bu durum gen ekspresyonunun durduğu, sessizleştiği ve DNA nın hasar almaktan korunduğu anlamına gelmektedir. SIRT`ın yaşlanmaya bağlı ND hastalıklarda koruyucu etkisi vardır. SIRT 1, SIRT 3 ve SIRT 6`nın beyinde kritik rolleri bulunmaktadır.Bu çalışmada değişik tipteki kronik ve aralıklı KK metodlarının etkilerini fare beynindeki NDN ve SIRT seviyeleri üzerinde test ettik. SIRT 1, SIRT 3 ve SIRT 6 protein seviyeleri ELISA metodu ile ölçüldü. NDN ise fluoro-jade flörosan boyası ve görüntü kaynaklı kuantifikasyon yöntemi ile gösterildi. Sonuç olarak bu çalışmada KK gruplarında ad libitum ve kontrol gruplarına göre SIRT değerlerinin belirgin olarak arttığını bulduk. Fluoro-jade ve görüntü kuantifikasyon yöntemleri de ad-libitum grubunda KK grubuna göre belirgin olarak NDN artışı gösterdi. Çalışmamızda farklı şekillerdeki KK`nın SIRT proteinleri aracılığıyla fare beyninde NDN`u önlediği sonucuna vardık. Bulgularımızdaki belirgin SIRT artışı ve azalmış NDN özellikle aralıklı KK grubunda daha belirgin olması bu çalışmamızın en yeni katkısıdır. Bu yöntemler gelecekte ND hastalıkların tedavisinde yol gösterici olabilir.Anahtar Kelimeler: Ad libitum, ELISA, fare beyni, fluoro jade, kalorikısıtlaması, nörodejenerasyon, sirtuin

Atalay B. Neurodegeneration in The Mice Brain: Effects of Calorie Restriction on Sirtuin Protein Levels. Yeditepe University, Institute of Health Science, Doctoral Program in Neuroscience. Ph.D. Thesis. Istanbul, 2020.Neurodegenerative (ND) disorders affect a significant portion of the world's population. Alzheimer's disease and Parkinson's disease are gaining importance as a significant public health problem. Despite many advancements in current medicine and clarification of the molecular pathways involved in neurodegeneration, these diseases are progressive and there is no cure at the moment.Calorie restriction (CR) is accomplished as a neuroprotective method and have beneficial roles in the metabolism. CR is suggested to activate protective mechanisms in ND and age-related diseases. There are different types of established CR models. It is shown that CR extended the life-span by increasing the activity of the Sirtuins (SIRT). SIRT are a family of proteins which are histone deacetylases bound to nicotinamide adenine dinucleotide. They were identified as genetic silencing factors and were found to prolong life in the yeast. When the histones are deacetylated by SIRT, the chromatin is closed, or tightly and precisely wound, meaning gene expression is stopped, or silenced, protecting the DNA from damage. SIRT have a protective role in ND diseases related to aging. SIRT 1, 3, and 6 have critical roles in the brain.In this research study we have tested the effect of different types of CR as chronic CR, or intermittent CR on SIRT levels and neurodegeneration in the mice brain. SIRT 1, SIRT 3 and SIRT 6 protein levels were measured via ELISA method. Neurodegeneration was evaluated by fluoro-jade fluorescein staining and image-based quantification method. We found significantly increased mean SIRT values in CR groups compared to Ad-libitum and baseline controls. Fluoro-jade image quantification results revealed significantly increased neurodegeneration in ad-libitum compared to CR groups. We have concluded that different types of CR prevents neurodegeneration in the mice and SIRT are involved in this process. Our findings of significantly increased SIRT expression and decreased neurodegeneration after intermittent CR is a novel contribution which can be a therapeutic strategy in the treatment of ND diseases in the future.Key Words: Ad libitum, calorie restriction, ELISA, fluoro jade, mice brain, neurodegeneration, sirtuin