Sistemik inflamasyonun sıçan hipokampüsünde meydana getirdiği değişikliklerin moleküler düzeyde incelenmesi

Abstract

İnflamasyon, bağışıklık sisteminin çeşitli iç ve dış uyaranlara karşı gösterdiği, yaşamın devamı için gerekli, iltihabi bir reaksiyondur. Eğer uyaran organizmada inflamasyonu tetiklerken belli bir eşik değeri aşarsa, sistemik inflamasyon ortaya çıkar. Sistemik inflamasyonun seyri sırasında merkezi sinir sistemi tarafından kontrol edildiği bilinen birçok nörobiyolojik olay gelişmektedir. Şimdiye kadar kanser ve obezite gibi bazı hastalıklarla ilişkisi ortaya konmuş olan inflamasyon, son yıllarda Alzheimer ve Parkinson gibi nörodejeneratif hastalıklarla da ilişkilendirilmektedir. İnflamasyonun nöral dejenerasyon ve kognitif işlev kaybıyla olan ilişkisi ile ilgili veriler her geçen gün artmakla birlikte bunun ne gibi moleküler değişimlerden kaynaklandığı tam olarak bilinmemektedir. Bu çalışmada amacımız, sıçanlarda sistemik inflamasyonun, beynin nörodejeneratif hastalıklarla ilişkisi açıkça ortaya konmuş bir bölgesi olan hipokampüsteki etkilerini moleküler düzeyde ortaya çıkarmaktır. Bu amaç doğrultusunda, Wistar albino sıçanlarda, gram negatif bakteri duvarının bir komponenti olan lipopolisakkarit (LPS) enjeksiyonu ile sistemik inflamasyon oluşturulmuş ve bu sıçanlardan çıkarılan beyinlerin hipokampüs bölgeleri Fourier Dönüşüm Kızılötesi (FTIR) spektroskopisi tekniğiyle incelenmiştir. Sonuçlar, sistemik inflamasyonun hipokampüsteki lipitlerin, proteinlerin ve nükleik asitlerin miktarını anlamlı derecede artırdığını ve bu moleküllerin yapısında ve konformasyonunda önemli değişiklikler meydana getirdiğini göstermiştir. Makromoleküllerin birbirlerine göre oranları incelendiğinde, doymamış/doymuş lipit ve karbonil ester/lipit oranlarında artış gözlenmiştir; bu artışlar lipit peroksidasyonunun varlığını göstermektedir. Lipit/protein oranında gözlenen azalma protein miktarında daha dramatik bir artış olduğunu, nükleik asit/protein oranında gözlenen azalma ise translasyon hızındaki artışı göstermektedir. Ayrıca, LPS uygulamasından sonra sistemdeki lipitlerin zincir uzunluğunda bir artış, membran düzeninde bir azalma ve membran dinamiğinde bir artış tespit edilmiştir. Dahası, sistemik inflamasyon, dönme (turn) miktarında azalma ve tesadüfî kıvrılma miktarında artışı indükleyerek proteinlerin ikincil yapısında önemli değişikliklere sebep olmuştur. İlaveten, spektral değişimler temel alınarak gerçekleştirilen hiyerarşik kümeleme analizi ile kontrol grubu ve LPS uygulanmış grup başarılı bir şekilde ayrılmıştır. Bu bulgular, sistemik inflamasyonun hipokampüs dokusunda önemli yapısal, konformasyonel ve fonksiyonel değişikliklere sebep olduğunu ortaya çıkarmıştır.

Inflammation, which is necessary for the continuation of life, is the inflammatory reaction by which the immune system manifests to various endo and exo stimuli. If the stimulus exceeds a certain threshold while it is triggering inflammation, systemic inflammation occurs in the organism. It is known that as the systemic inflammation develops, many neurobiological phenomena controlled by the central nervous system take place. Until now, it has been well documented the relationship between inflammation and some diseases such as cancer and obesity. In recent years, inflammation has been related to neurodegenerative diseases, such as Alzheimer's and Parkinson's disease. Although the data regarding the relationship between the inflammation and neuronal and cognitive function loss are increasing, the molecular changes causing this relation are not known exactly. The aim of the study is to reveal the effects of systemic inflammation on the hippocampus, which is well known neurodegenerative diseases-related region of the brain, at molecular level. For this purpose, systemic inflammation was induced by the injection of lipopolysaccharide (LPS), a component of the outer cell wall of gram-negative bacteria, in Wistar albino rats and the hippocampus regions of the brains of these rats were analyzed by FTIR spectroscopy technique. The results showed that systemic inflammation increased the amounts of lipids, proteins and nucleic acids significantly and caused important changes in the structure and conformation of these molecules in hippocampus. When the changes in macromolecular ratios were examined, an increase in the unsaturated/saturated lipid ratio and carbonyl ester/lipid ratio were observed indicating lipid peroxidation presence. A decrease observed in the lipid/protein ratio showed a more dramatic increase in the amount of protein, a decrease observed in the nucleic acid/protein ratio showed an increase in translation rate. Moreover, an increase in the lipid chain lenght, a decrease in membrane order and an increase in membrane dynamics were detected after LPS administration. Furthermore, systemic inflammation altered the secondary structure of proteins by inducing a decrease in turn and an increase in random coil structures. In addition, the control and LPS-treated groups were successfully differentiated by hierarchical cluster analysis which was performed based on the spectral variations. The results revealed that systemic inflammation caused significant structural, conformational and functional changes in the hippocampus.