Neuron derived exosomes in diagnosis and propagation of alzheimer`s disease

Abstract

Alzheimer hastalığı, yaşlı nüfusta en sık rastlanan nörodejeneratif bir hastalıktır. Kesin tanısı ile tedavisinin olmaması ve patogenezinin tam olarak aydınlatılamaması Alzheimer hastalığını ilgi çekici ve önemli bir araştırma alanı haline getirmektedir.Ekzozomlar merkezi sinir sistemi hücreleri de dahil olmak üzere her hücre tipinden salgılanaibilen nano boyuttaki ekstraselüler veziküllerdir. Nükleik asit, protein ve patojen gibi kargo molekülleri içerdikleri için hücreden salgılandıklarında çevredeki diğer hedef veya komşu hücrelere bu molekülleri taşıyıp hücreler arası iletişimde rol oynarlar. Membranlarında bulunan ekzozom spesifik proteinler sayesinde kan gibi vücut sıvılarından izole edilebilirler ve böylece ekzozomların içindeki hastalığa özgü moleküler değişimler tespit edilebilir.Bu tezde, Alzheimer hastalarına ve sağlıklı kontrol grubuna ait plazma örneklerinden nöron kökenli ekzozomlar izole edildi. Small-RNA sekanslaması yapılarak bu ekzozomlardaki miRNA değişimleri belirlendi. Kontrol grubunun ekzozomlarına göre hasta grubunun ekzozomlarında 10 tane miRNA'nın değişim gösterdiği belirlendi ve bunlardan en çok değişen miRNA'nın (hsa-let-7e-5p) biyomarkır potansiyelini analiz etmek için qRT-PCR ile validasyonu gerçekleştirildi. Nöron kökenli ekzozomların hücreler arası iletişimdeki rolünü anlayabilmek amacıyla insan mikroglia hücreleri, hsa-let-7e-5p ve miR-96-5p miRNA'ları yüksek olan nöron kökenli ekzozomlarla muamele edildi. Hücrelerdeki IL-1β, IL-6, TNF-α sitokin seviyesi ve IL-1β, IL-6, TNF-α genlerinin ekspresyon değişimleri ELISA ve qRT-PCR yöntemleriyle belirlendi. Sonuç olarak, Alzheimer hastalarının ekzozomlarında belirli miRNA düzeylerinin değiştiği ve bu miRNA'ların biyomarkır potansiyelinin validasyon ile doğrulandığı görülmüştür. Ayrıca, nöron kökenli ekzozomal miRNA'ların hücresel iletişimde rol alabileceği belirlenmiştir.

Alzheimer's Disease (AD) is the most widespread neurodegenerative disease seen in elderly population over the world. Since the lack of definitive diagnosis, treatment, and also clear understanding of its pathogenesis; AD is very interesting and challenging topic to search.Exosomes are the smallest class of extracellular vesicles that are nano-sized and secreted from every cell type including central nervous system cells. Exosomes contain nucleic acids, proteins, pathogens, etc. as cargo molecules and they carry them to recipient cells in their environment. Since they have exosome-specific proteins in their membranes, exosomes can be separated from body fluids and disease-specific molecular alterations in exosomes can be determined.In this thesis, neuron-derived exosomes (NDE) were isolated from plasma samples of AD patients and healthy individuals. Dysregulated miRNAs in those exosomes were determined by small-RNA sequencing. 10 miRNAs were determined as dysregulated and validation of the most dysregulated miRNA, hsa-let-7e-5p, was performed by qRT-PCR to demonstrate its biomarker potential in NDEs of AD patients. Also, human microglial cells were treated with NDEs of patients which contain high level of upregulated hsa-let-7e-5p and miR-96-5p in order to examine their role in cell-to-cell interaction by affecting cytokine levels at protein level and gene expression of IL-1β, IL-6, TNF-α were determined via ELISA and qRT-PCR methods. Results showed that certain miRNAs were altered in NDEs of AD patients and validation of them may confirm their biomarker potential. Also, exosomal miRNAs may be involved in cell-to-cell interactions.