Sıçanlarda prenatal dönemde oluşturulan hiperhomosisteineminin nöral plastisite ve bilişsel fonksiyonlara etkisi

Abstract

Homosistein (Hcy) metiyonin metabolizması sırasında ortaya çıkan, sülfür içeren bir amino asittir. Hayvan çalışmalarında hiperhomosisteineminin oksidatif stres, apoptozis, nöroplastisite ve nöral gelişim bozukluğunda rolü olduğu ve bilişsel disfonksiyona yol açtığı bildirilmiştir. Hiperhomosisteineminin gebe sıçan yavrularının beyinlerindeki etkilerini değerlendirmek amacıyla çalışma gerçekleştirildi.Çalışmada gebe Wistar albino sıçanlar Hcy ve kontrol grubu olarak ikiye ayrıldı. Gebelerden elde edilen yavruların yarısı doğumdan sonra (postnatal 1.gün; PNG-1) sakrifiye edilerek beyin dokularında lipit peroksidasyon ürünleri (LPO; Malondialdehit+4-hidroksi alkenal olarak), glutatyon (GSH), DNA fragmentasyonu, p53 mRNA ekspresyon düzeyi, Bcl-2 protein düzeyi, glial fibriler asidik protein (GFAP), S100B proteini, nöral hücre adezyon molekülleri (NCAM) ve polisialize NCAM (PSA-NCAM) ekspresyon düzeyleri tayin edildi. Geri kalan yavrular postnatal 82. güne (PNG-82) kadar normal beslenmeyle büyütüldü; bu erişkin yavrulara öğrenme testlerinden Morris water maze (MWM) testi uygulandıktan sonra sakrifiye edilerek hipokampusta NCAM, PSA-NCAM, GFAP, S100B düzeyleri tayin edildi.Gebe sıçanların günlük içme sularına metiyonin konulması gebeliğin sonunda ölçülen plazma hcy seviyesini kontrole göre anlamlı olarak arttırdı (Kontrol: 6 µM/L ve Hcy grup: 26 µM/L; P<0.001).Hiperhomosisteinemik gebe sıçanların bir günlük yavrularının beyin homojenatlarında kontrole göre LPO ürünleri özellikle mitokondride daha belirgin olmak üzere artmıştı (mitokondrial fraksiyon için p<0.001, nükleer fraksiyon için p<0.001, sitozolik fraksiyon için p<0.01). Homosistein grubunda DNA fragmentasyonu tespit edildi. Homosistein grubunda kontrole göre Bcl-2 protein düzeyinde azalma (mitokondrial fraksiyon için p<0.001, nükleer fraksiyon için p<0.05), ve p53 mRNA ekspresyonunda artış (p<0.001), GFAP protein ekspresyonunda azalma (p<0.01) ve S100B protein ekspresyonunda azalma (p<0.001), NCAM ve PSA-NCAM ekspresyon paterninde farklılık gözlendi. Hcy grubunda NCAM 140 ve PSA-NCAM ekspresyonu kontrole göre anlamlı olarak düşüktü (Her ikisi için p<0.001). Homosistein grubu genç erişkin yavrularında NCAM 180 ekspresyonu kontrole göre anlamlı olarak düşüktü (p<0.001), GFAP ve S100B düzeyleri farklı değildi. Erişkin yavrulara uygulanan MWM testinde ise Hcy grubunda kontrole göre uzaysal öğrenme ve hafıza konsolidasyonunda bozulma tespit edildi.Sonuç olarak, bulgular, yüksek homosistein düzeyine maruz kalan gebe sıçan yavrularının beyinlerinde oksidatif stres, apoptozis ve nöroplastisitede bozukluklar oluştuğunu ve genç erişkin yavrularda gecikmiş beyin maturasyonuna bağlı bazı bilişsel bozukluklara yol açtığını göstermektedir.

Effects of Prenatal Exposure to Hyperhomocysteinemia on Neural Plasticity and Cognitive Functions in RatsHomocysteine (Hcy), a sulphur containing amino acid, is derived from the metabolism of methionine. Experimental data from animals implicate that hiperhomocysteinemia causes oxidative stres, apoptosis, defects in neuroplasticity and neural development and cognitive disfunction. This study was performed to evaluate effects of maternal hyperhomocysteinemia on brain of offsprings.Pregnant Wistar albino rats were randomly divided into Hcy and control groups. Half of pups from both groups were sacrified on the first postnatal day (PND-1) to assay the levels of LPO products (LPO; as malondialdehyde + 4-hydroxyalkenals), glutathione (GSH), DNA fragmentation, p53 mRNA expression, Bcl-2 protein, gial fibrillary acidic protein (GFAP), S100B protein, neural cell adhesion molecules (NCAM) and polysialylated form of NCAM (PSA-NCAM) in the pup brain. The other half of pups from both groups were feeded with normal diet until they become 82 days old. Then a learning test, Morris water maze, was performed and the offsprings were sacrified to analyze NCAM, PSA-NCAM, GFAP, S100B protein levels in the hippocampus.Daily administration of methionine via drinking water to pregnant rats resulted in higher plasma level of hcy at the end of pregnancy compared to control group (Control: 6 µM/L and Hcy group: 26 µM/L; P<0.001). Brain homogenates of Hcy group compared to controls had significantly higher LPO products especially in mitochondrial fraction (mitochondrial fraction p<0.001, nuclear fraction p<0.001, cytosolic fraction p<0.01). DNA fragmentation was observed in Hcy group. Pups from hyperhomocysteinemic dams had significantly lower Bcl-2 protein level (mitochondrial fraction p<0.001, nuclear fraction p<0.05); they had also increased p53 m RNA (p<0.001), decreased GFAP (p<0.01) and S100B (p<0.001) protein levels compared to control group. Expression of NCAM-140 and PSA-NCAM were lower in Hcy group (p<0.001, for both). In comparison to control group, level of NCAM-180 expression was significantly lower in hippocampal homogenats from Hcy group (p<0.001). Levels of GFAP and S100B were not different in hippocampus of young adult offsprings from both groups. In Morris water maze task, spatial learning and memory consalidation were impaired in Hcy group.As a result the data implicates that pups from pregnant rats exposed to the higher level of homocysteine show increased oxidative stres, apoptosis, defects in neuroplasticity. Young adult offspring from hyperhomocysteinemic rats also shown cognitive impairment due to delayed brain maturation.