Yaşlanmadaki sinir hücresi hasarında nöronal 5-lipoksijenazın rolü

Abstract

52 ÖZET Yaşlanma, gençlere göre daha ağır sinir hücresi hasan tablosu ve artmış beyin duyarlılığı ile seyreder. Yangı, hem kronik hem de akut sinir hücresi hasarının patofîzyolojik mekanizmalarından biridir. Lökotriyenler, yangının, 5-lipoksijenaz (5- LO) enzimi ile araşidonik asidden oluşan lipid kökenli aracı maddeleridir. Daha önceki çalışmalarda, yaşlı ve melatonin yetmezliğinin geliştiği epifizektomili sıçanların genç ve yalancı operasyonlu epifizektomili sıçanlara göre, beyinde glutamat reseptörü aracılığı ile gelişen eksitotoksik limbik sistem hasarına daha duyarlı olduğunu bulmuştuk. Bu nedenle, yaşlı beyinlerin, yaşlanmayla gelen hormonal denge bozuklukları ve bunun sonucu 5-LO geninin yapımında artışa bağlı yüksek oranda sinir hasarlanması riskine sahip olduğu ve dolayısıyla 5-LO yapımı ve/veya aktivasyonunun baskılanmasının beyinin hasara karşı olan direncini artıracağı hipotezinde bulunduk. Sunduğumuz hipotezi bu tez çalışması bağlamında ilgili deneyelerle sınadıktan sonra; (1) yaşlanmanın 5-LO yapımını artırırken söz konusu proteinin hücre gövdelerinden dendritlere yer değiştirmesine neden olduğu ve bunun sinir hücrelerinin kainat aracılı hasara duyarlılığım artırdığını, (2) kainat aracılı glutamat reseptörü uyarılmasının artmış hipokampal 5-LO yapımı ve hücre içi yerleşim değişikliğine yol açtığı ve dolayısıyla 5-LO baskılayıcısı kafeik asidin aşın sinir hücresi uyanlmasına karşı koruyucu etkiye sahip olduğunu, (3) 5-LO yetmezliği (5-LO `knock-out`) olan farelerin inme aracılı kortikal hasara kontrol farelere göre daha dirençli olduğunu, (4) yaşlanma ile artan kortikosteron ile azalan melatonin' in sinir53 hücresi 5-LO yapımı artışı ile 5-LO proteininin sitozolden membrana yer değiştirmesine neden olduğunu buldum. Deneylerde yarışmalı RT-PCR, immunohistokimya, `Western` immünoblotlaması, TÜNEL ve `Nissl` boyaması ve bilgisayara dayalı ölçümsel morfometri teknikleri ile deneysel hayvan temporal epilepsi ve iskemi modellerini kullandım. Bulduğum sonuçlar, hiperglikokortikoidemi ve melatonin yetmezliği gibi yaşlanmayla birlikte gelen hormonal denge bozukluklarının 5-LO geninin aşın yapımına yol açtığı ve dolayısıyla yaşlı beyinin 5-LO inhibitörlerine yanıt veren aşın sinir hücresi uyanlmasına duyarlılığım artırdığı görüşlerini desteklemektedir. Aynca almış olduğum sonuçlar, 5-LO sisteminin yaşlanmayla ilişkili sinir hücresi hasan hastalıklarının patobiyoloj isinde önemli bir rol oynayabileceğini göstermektedir. Eğer yaşlı sıçanlarda gözlemlediğim söz konusu 5-LO yapımı regülasyonu yaşlı insan beyininde de aynı şekilde gerçekleşiyor ise, bu yaklaşım, Alzheimer hastalığı gibi sinir hücresi hasarına yol açan süreçleri daha iyi anlamamıza önemli ölçüde yardımcı olacaktır. Böylece, sinir hücresinde etkin 5-LO sistemini hedefleyen ve hasardan korumaya yönelik yeni sağaltım stratejilerini geliştirebilecek, ya da bilinen yangı önleyici/giderici sağaltım, söz konusu sinir hücresi hasarlanması ile ilgili hastalıklan önlemede de geniş çapta kullanılabilecektir.

54 SUMMARY Aging is associated with chronic neurodegenerative processes and increased brain vulnerability that may lead to a worse outcome from brain insults in elderly than in young subjects. Inflammation is one of the pathophysiological mechanisms of both chronic and acute neurodegeneration. Leukotriens are inflammatory lipid mediators whose formation from arachidonic acid is initiated by 5-lipoxygenase (5-LO). In previous work, we found that old or pinealectomized, i.e., melatonin-deficient, rats were more susceptible to glutamate receptor-mediated excitotoxic limbic brain injury than the corresponding young or sham-pinealectomized controls. Thus, we hypothesized that aging puts the brain at a higher risk of neurodegeneration via aging-associated hormonal disbalances and the consecutive up-regulation of 5-LO expression, and that suppressing the 5-LO expression and/or activity will increase the brain's resistance to injury. After testing this hypothesis, in the context of this study, I found: (1) that aging increases 5-LO expression and redistribution from neuronal cell bodies to dendrites in limbic structures and that it enhances neuronal vulnerability to kainate-induced toxicity; (2) that kainate-triggered stimulation of glutamate receptors leads to increased expression and redistribution of hippocampal 5- LO and that the 5-LO inhibitor caffeic acid has a protective effect against excitotoxicity; (3) that 5-LO deficient (knock-out) mice are more resistant to stroke- induced cortical lesions than corresponding control mice; (4) that corticosterone, a hormone which is up-regulated, and melatonin, a hormone which is down-regulated T.C YÜKSEKÖ?RCTtof KÜRDLD WWCUMANTASYON ATERKEfl55 during aging increase neuronal 5-LO mRNA expression and 5-LO protein translocation from cytosol to membrane. Experiments were performed using quantitative reverse transcription-polymerase chain reaction, immunocytochemistry, Western blotting and confocal microscopy, TUNEL and Nissl staining, and computer-assisted quantitative morphometry. Taken together, these results suggest that the hormonal disbalances that are typical in aging, e.g., hyperglucocorticoidemia and melatonin deficiency contribute to 5-LO gene up-regulation and in turn increase elderly brain's vulnerability to 5-LO inhibitor-sensitive excitotoxicity. They also indicate that the 5-LO system might play a significant role in the pathobiology of aging-associated neurodegenerative diseases. If 5-LO expression and regulation pattern which we observed in old rats can be documented in the aging human brain, several important implications for our understanding of neurodegenerative processes, including Alzheimer's disease, would ensue. These implications could be important for the development of novel neuroprotective treatments that would target the neuronal 5-LO pathway. Such a therapeutic approach would be complementary to other anti-inflammatory treatments currently considered for neurodegenerative diseases such as Alzheimer's.