Nöronal Plastisite Paneli

Transkript

1 21. Ulusal Farmakoloji Kongresi Osmangazi Üniversitesi Eskişehir Nöronal Plastisite Paneli Ersin O. Koylu Ege Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Beyin Araştırmaları Uygulama ve Araştırma Merkezi

2 Beyin ve sinir sisteminin çevreden gelen uyaranlar sonucu yapısal ve fonksiyonel olarak değişkenlik göstermesi Hücresel düzeyden kortikal yeniden haritalanmaya kadar Epigenetik mekanizmaların etkisi?...

3 İnsan ve primatlarda genin %96 sı ortak Farklı olan gen bu iki türün aralarındaki farklılığı açıklar mı? Asıl farklılık, bu genlerin regülasyonu ile mi ilgili? Öğrenme ve bellek nöronlarda bilginin kodlanması sonucu oluşur Tüm proteinler bir döngü içinde Bazılarının yarı ömrü saatlerle ölçülüyor Bazı bilgiler nasıl oluyor da ömür boyu bellekte tutulabiliyor? Miller & Sweatt, Neuron, 2007

4 Epigenetik mekanizmalar: DNA ve Histon değişikleri: Kromatinin dinamik düzenlenmesi Kişisel anılar = kişiye özgü histon kodları?? Epigenetik : Genetik üstü 1942 Conrad Hal Waddington, Cambridge University Eş genotiplerden pek çok farklı fenotipin ortaya çıkışı DNA zincirinde herhangi bir değişikliğe neden olmaksızın, gen ekspresyonunda ortaya çıkan farklılaşmalar

5 Drugs Peleg et al., Science, 2010 DNA zincirinde herhangi bir değişikliğe neden olmaksızın, gen ekspresyonunda ortaya çıkan farklılaşmalar Bu farklılıklar kuşaktan kuşağa aktarılabilir!

6 FASEB J. 12, , 1998 Bir türünde tüylere sarı renk veren pigmenti arttıran Agouti geninde fazla ekspresyon Sarı kürke sahip, normalden fazla kilolu, diyabet ve kansere daha yatkın Gebelik öncesi ve gebelik sırasında diyette vitamin B12, folik asid and kolin desteği Kahverengi, zayıf ve sağlıklı yavrular Daha sonraki jenerasyon da sağlıklı

7 Hayır değil! Epigenetik, Darwin in teorisini tamamlayıcı Yeni karakteristikler ortaya çıkıp yeni jenerasyonlara epigenetik yolla aktarılırken, evolüsyon için de geçerli olan genetik kurallar ve mekanizmaları kullanır 100 trilyon hücre Aynı DNA Nöronlar hiç bir zaman KC enzimlerini sentezlemez Farklı gen alt gruplarının ekspresyonu Epigenetik ve DNA regülasyonu olmasa??

8 Kullanılmayan genler metilasyon ile silence duruma getirilir Metilasyon gen promoter alanındaki sitozin guanin komşuluklarında (CpG) gerçekleşir CpG alanları transkripsiyon faktörleri mekanizması ile ilişkili

9

10 4 ana histon proteini H2A, H2B, H3, H4 Modifikasyon Asetilasyon Metilasyon Fosforilasyon Ubiquitinasyon SUMOilasyon SUMO: Small Ubiquitin like Modifier Histon kuyrukları histon asetiltransferazlar (HAT) ile asetile olur HAT varlığında negatif yük nötralize olur, DNA histondan kurtulur Transkripsiyonel aktivite için hazır hale gelir Asetil grupları histon deasetilazlar (HDAC)tarafından etkisizleştirilir Asetile olmadığı durumda histonlar pozitif yüklü, negatif yüklü DNA ile etkileşimde

11 Histon kuyruğundaki belirli amino asitlere bir metil grubu bağlanması Etki değişken H3 lizin 9 amino asidinde dimetilasyon (H3K9me2) Transkripsiyonel aktivitede azalma H3 lizin 4 amino asidinde trimetilasyon (H3K4me3) Transkripsiyonel aktivitede artış Histon metiltransferazlar, histon demetilazlar Kanser etiyopatogenezi ve tedavisi Sinir sistemi fonksiyonları ve patolojileri Öğrenme bellek Nörodejeneratif hastalıklar Kognitif işlev bozukluğu ile seyredenler Bağımlılık Epilepsi...

12

13 Contextual Fear Conditioning IEGs (c fos, zif 268) Proteinler (BDNF, NF κb) Miller & Sweatt, Neuron, 2007 Lubin et al., J Neurosci, 2008 Gupta et al., J Neurosci 2010 Korku şartlanmasından sonra DNA metilasyonu Genlerin inaktif hale gelmesi Hangi genler, ne derecede? Öğrenme aktif bir süreç, inaktivasyon?? Aktif durumdaki bazı genler yeni bellek oluşumunu baskılıyor olabilir Bunların inaktif hale gelmesi öğrenmeyi kolaylaştırabilir Miller & Sweatt, Neuron, 2007

14 H3 asetilasyonu: Transkripsiyonel aktivite artışı H4 asetilasyonu: Transkripsiyonel aktivitede azalma Hipokampus Akut, kısa süreli korku şartlaması H3 asetilasyonunda artış 2 saat öncesinde alıştırma, sonra korku şartlaması H4 asetilasyonunda artış Levenson et al., 2004

15 Uzun süreli potensiasyon (LTP) ile epigenetik modifikasyonlar arasında ilişki Histon deasetilaz (HDAC) düzeyleri ile sinaps sayıları arasında ters orantı Lubin et al., J Neurosci, 2008 Guan et al., Nature, 2009 Histon asetilasyonu öğrenme/bellek ile ilişkili ise; Alzheimer gibi bellek bozukluğu ile ilerleyen hastalıklarda HDAC (histon deasetilaz) inhibitörleri kullanılabilir mi? Rodentlerde HDAC inhibitörleri: Öğrenmede artış

16 Korku şartlanmasından 1 saat sonra hipokamus CA1 bölgesinde Hem H3K4me3 (transkripsiyonel aktivite artışı) hem de H3K9me2 (transkripsiyonel aktivite baskılanması) artışı BDNF ve zif268 genlerinde H3K4me3 gösterilmiş! Gupta et al., 2010 Hipokampusun CA1, CA3 ve dentat girus bölgelerinde Farklı korku şartlanması paradigmalarında farklı dimetilasyon ve trimetilasyon yanıtları Molfese, Dev Neuropsychol, 2011

17 Parkinson hastalığı, Alzheimer hastalığı, Huntington koreası, Friedreich ataksisi, spinal müsküler atrofi, amyotrophic lateral sclerosis HDAC inhibitörleri Robison & Nestler, Nat Rev Neurosci, 2011

18 Changeux JP, Nat Rev Neurosci, 2010

19 ? Batra et al., Chest Erkek Sprague Dawley Günlük nikotin enjeksiyonu 0,4 mg/kg 15 gün DRD1 ve DRD2 mrna düzeylerinin belirlenmesi Frontal korteks Striatum VTA cdna PCR mrna değişikliği görülen bölgelerde histon asetilasyonu araştırılması ChIP PCR

20

21

22 Nikotin Uygulaması DRD1 mrna DRD2 mrna Frontal korteks Frontal korteks Striatum DRD1 promoteri üzerinde iki bölgede H3 asetilasyonu Nikotin uygulamasına bağlı DRD1 ekspresyonudaki artış epigenetik etki sonucu olabilir DRD2 H3 asetilasyonu henüz çalışılmadı

23