Bakır deplesyonunun beyin mitokondrial sitokrom oksidaz aktivitesi ve myelinizasyon üzerine etkilerinin incelenmesi

Abstract

ÖZET BAKIR DEPLESYONUNUN MİTOKONDRİAL SİTOKROM OKSİDAZ AKTİVİTESİ VE MYELİNİZASYON ÜZERİNE ETKİLERİNİN İNCELENMESİ Semra GEZER Bakır, insan ve hayvanlar için esansiyel bir mikronutrienttir ve merkezi sinir sisteminin `in utero` gelişiminde önemli rol oynar. Prenatal dönemde gelişen bakır eksikliğinin önemi; elektron transport zincirinin terminal enzimi sitokrom aa3, eski sitokrom oksidaz ve merkezi sinir sisteminde myelinin olgunlaşması ile ilişkili olanlar da dahil, çok sayıda enzimin yapısı ve işlevine ilişkin, bilinen rolleri dikkate alındığında şaşırtıcı değildir. Bu çalışmada amaçlanan; bakırın intra uterin dönemdeki öneminin araştırılması yanında, mitokondrial sitokrom oksidaz aktivitesine, myelin oluşumuna ve myelin fosfolipidlerinin yağ asidi oranlarının değişimine bakır deplesyonunun etkisini incelemektir. Deney hayvanı olarak seçilen ratlarda; bakır deplesyonunun oluşturulması için. iyi bilinen bir bakır şelatlayıcı etken olan D-Penisilamin kullanılmıştır. Gebeliğin son 7, postnatal dönemin ilk 2 1 gününde,' gebe dişilere, 400 mg/kg dozunda D-Penisilamin, periton içi yoldan verilmiştir. Bu süre sonunda tüm dişiler ve yavrulardan anestezi altında kan ve doku örnekleri alınmıştır. Vücut ve beyin ağırlıkları (g), beyin (ug/g taze doku) ve serum (ug/dl) bakır düzeyleri, serum ferrooksidaz (U/L), mitokondrial ve iç membran sitokrom oksidaz (nmol/dk/mg-protein) aktiviteleri, sırasıyla, kontrol grubundaki dişilerde 260.14 ± 18.24, 1.43 ± 0.08, 2.99 ± 0.21, 64.38 ± 7.38. 54.05 ±4.81, 1240 ve 6212, deney grubundaki dişilerde 268.22 ± 20. 14, 1.45 ± 0.09. 3.02 ± 0.29, 24.30 ± 3.05** 16.31 ± 2.98**. 1170 ve 5846, yenidoğan kontrol grubunda, 46.12 ± 5.12, 1.24 ±0.12, 1.92 ± 0.18, 55.44 ± 4.56, 22.96 ± 2.26, 960 ve 4834 olarak bulunmasına karşın deney grubundaki yenidoğanlarda, 24.32 ± 4.21**, 1.04 ± 0.06**, 0.28 ± 0.05**. 11.79 ± 1.75**, 3.50 ± 0.76**, 384a ve 1692b olarak saptanmıştır. Bakır deplesyon unun merkezi sinir sisteminde myelin gelişimi üzerindeki etkileri; hem histopatolojik boyama tekniği, hem de izole edilen myelinin; fosfolipidlerine bağlı yağ asidlerinin değişim oranlan ince tabaka kromatografı ve gaz-likid kromatografî teknikleri ile analiz edilerek saptanmıştır. Histopatolojik ve biyokimyasal veriler; bakır deplesyon` unun myelin gelişimi üzerindeki etkisinin; maternal grupta etkin olmadığını ancak pre ve postnatal gelişim sürecini bakır deplesyon'unda tamamlamış yenidoğan grubunda etkin olduğunu belirten bir paralellik göstermiştir. Yenidoğan deney grubunun izole myelin fosfolipid miktarlarının; sfıngomyelin. fosfotidilkolin, fosfotidilserin, fosfotidilinositol ve fosfotidiletanolamin; kontrol grubuna göre; sırasıyla, %46, %66, %64 oranında düştüğü, %53 ve %31 oranında arttığı, fosfolipid yağ asidlerinden; satüre (16:0. 18:0) ve poliansatüre (20:4. 22:6) yağ asid oranlarının arttığı, monoansatüre (16:1. 18:1) yağ asid oranlarının azaldığı saptanmıştır.Sonuç olarak çalışmamızda; pre ve postnatal dönemde gelişen bakır deplesyon'unun; büyüme, fiziksel aktivite. mitokondrial sitokrom oksidaz aktivitesi. merkezi sinir sisteminde myelinizasyon ve myelin membranının lipid kompozisyonu üzerinde negatif etkisi olduğu belirlenmiştir. Yapılan çalışma: demyelinizan hastalıkların merkezi sinir sistemindeki etkilerini araştırmamız için bir temel oluşturmakla birlikte, pre ve postnatal gelişim sürecini kapsaması ve bu süreyi kapsayan benzer bir çalışmanın olmaması yönünden önem taşıdığım düşünmekteyiz. Not : **. p<0.001. *. kontrollere göre %60. h. %65 Anahtar sözcükler : Bakır deplesyonu. D-Penisilamin. sitokrom aa*. myelin.

SUMMARY STUDY ON COPPER DEPLETION EFFECTS ON BRAIN MITOCHONDRIAL CYTOCHROME OXIDASE ACTIVITY AND MYELINIZATION SEMRA GEZER Copper is an essential micronutrient for man and animal, and plays an important role in the `in utero` development of the central nervous system. Copper deficiency in prenatal period produces a variety of clinical effects, which is not surprising in view of its known roles in the structure and function of a number of enzymes including cytochrom oxidase (cytochrom aa3) relating to electron transport and ones related to myelin maturation in central nervous system. This study was carried out to investigate the importance of copper in intra uterin period and make observations on myelin formation and maturation. D-Penicillamine, a well-known chelating agent for copper was used in order to produce copper depletion in rats. Pregnant females received a daily dose of 400 mg intra peritoneally, for last 7 days of gestation and the first 21 days of suckling. All mothers and their offsprings were sacrified at the end of this period and their blood and tissue samples were obtained. Body and brain weights (g), brain (ug/g wet tissue) and serum (ug/dl) copper, serum ferrooxidase (U/L) and mitochondrial and inner membrane cytochrom oxidase, cytochrome aa3 (nmol/min/mg protein) activities were, respectively, found as 260.14 ± 18.24, 1.43 ± 0.08, 2.99 ± 0.21. 64.38 ± 7.38, 54.05 ± 4.81, 1240 and 6212 in control females versus 268.22 ± 20.14, 1.45 ± 0.09, 3.02 + 0.29. 24.30 + 3.05**, 16.31 ± 2.98**, 1170 and 5846 in the depleted ones; when they respectively assessed as 46. 12 ±5.12, 1.24±0.12. 1.92 + 0.18, 55.44 + 4.56, 22.96 ± 2.26. 960 and 4834 in newborn controls versus 24.32 ± 4.21**, 1.04 + 0.06**. 0.28 ± 0.05**. 1 1.79 ± 1.75**, 3.50 ± 0.76**, 384` and 1692b in the depleted ones. The effects of copper depletion on the development of myelin in central nervous system were determined using the histopathologic-staining technique. The composition of phospholipid-bound fatty acids of the myelin isolated was analysed thin layer chromatography and gas-liquid chromatography. Histopathologic and biochemical findings have shown the consistency that the effects of copper depletion on the development of myelin are effective in the newborn group with pre-and postnatal copper depletion, but not so in the maternal group.We have determined that in the newborn experimental group, the amounts of phospholipids in myelin, sphingomyelin, phosphotidilcolin. phosphotidilinserin and phosphotidilethanolamin were decreased respectively by 46%. 66% and 64% and increased by 53%.3 1% and that there was an increase in saturated and polyunsaturated fatty acids, and a decrease in monounsaturated ones.Consequently, the present study suggest that copper depletion in pre-and postnatal period has negative adverse effects on the growth, physical activities, mitochondrial cytochrome oxidase activity, myelinization in central nervous system, and the lipid composition of myelin membranes. The current study has an underlying function in terms of the fact that we investigate the effects of hypomyelination-producing disorders on central nervous system.as well as it is of great significance in that it in includes the pre-and postnatal period, and there is no other research available that covers this period. (Note: **, p< 0.001; decreased by `60, b65 %, compared with controls). Key Words: Copper depletion; D-penicillamine; pre-and postnatal development of central nervous system; cytochrome oxidase (cytochrome aa3).