T.C. SAĞLIK BAKANLIĞI HAYDARPAŞA NUMUNE EĞİTİM VE ARAŞTIRMA HASTANESİ TIBBİ BİYOKİMYA BÖLÜMÜ Şef V. Uzm. Dr. Sacide ATALAY RETİNİTİS PİGMENTOSA LI HASTALARDA BAZI ENFLAMASYON VE OKSİDATİF STRES BELİRTEÇLERİNİN DEĞİŞİMİ (Uzmanlık tezi) Biyolog Dilara KAHRAMAN POLAT İstanbul 2008 1
I. İÇİNDEKİLER II. ÖNSÖZ III. KISALTMALAR IV. TABLOLAR, ŞEKİLLER, GRAFİKLER 1. GİRİŞ VE AMAÇ 2. GENEL BİLGİLER 2.1. Retina 2.1.1. Retina Pigment Epiteli (RPE) 2.1.2. İç Limitan Membran 2.1.3. Sinir Lifleri Tabakası 2.1.4. Gangliyon Hücreleri Tabakası 2.1.5. İç Pleksiform Tabaka 2.1.6. İç Nükleer Tabaka 2.1.7. Dış Pleksiform Tabaka 2.1.8. Dış Nükleer Tabaka 2.1.9. Dış Limitan Membran 2.1.10. Fotoreseptör Hücreler 2.2. Retina nın Kanlanması 2.3. Kan Retina Bariyeri 2.4. Görmenin Fotokimyası 2.4.1. Rodopsin 2.4.2. Rodopsin Parçalanması 2.4.3. Rodopsin Yeniden Sentezi 2.4.4. Fototransdüksiyon Kaskatı 2.4.5. Işık Yanıtının Sonlandırılması 2.4.6. Konlar Tarafından Renkli Görmenin Fotokimyası 2.4.7. Aydınlığa ve Karanlığa Uyum 2.5. Kalıtsal Retina Dejenerasyonlarının Sınıflandırılması 2
2.5.1. Merkezi Retina( Makula ) Dejenerasyonları 2.5.2. Periferik Retina Dejenerasyonları, Retinitis pigmentosa ( RP) 2.5.2.1. Epidemiyoloji ve Patogenez 2.5.2.2. Klinik Özellikler 2.5.2.3. Sınıflandırma 2.5.2.3.1. Otozomal Dominant Retinitis Pigmentosa (ODRP) 2.5.2.3.2. Otozomal Resesif Retinitis Pigmentosa (ORRP) 2.5.2.3.3. X e Bağlı Geçiş Gösteren Retinitis Pigmentosa (XLRP) 2.5.2.3.4. Digenik Retinitis Pigmentosa 2.5.2.3.5. Sendromik Retinitis Pigmentosa 2.5.3. Retinitis pigmentosa (RP) da Fotoreseptör Hücre Ölümüne Yol Açan Mekanizmalar 2.6. Apoptoz 2.6.1. Apoptozda İçsel Yolak 2.6.1.1. Kaspazlar 2.6.1.2. Bcl- 2 Ailesi Proteinleri 2.6.1.3. Apaf- 1 2.6.2. Apoptozda Dışsal Yolak 2.6.3. Apoptozda Ölüm Yolağı (Ölüm Fazı) 2.7. Oksidatif Stres ve Retinitis Pigmentosa 2.7.1. Ürik Asit 2.7.2. Bilirubin 2.7.3. Albümin 2.8. Enflamasyon ve Retinitis Pigmentosa 2.8.1. C Reaktif Protein 2.8.2. Serüloplazmin 2.8.3. Fibrinojen 2.8.4. D-Dimer 3
3. MATERYAL VE METOD 3.1. Materyal 3.1.1. Hasta Seçim Kriterleri 3.1.2. Sorgulanan Bilgiler 3.1.3. Numunelerin Toplanması ve Saklanması 3.2. Metod 3.2.1. Trombosit MDA ve Glutatyon (GSH) Tayini 3.2.1.1. Trombositlerin Elde Edilmesi ve Yıkanması 3.2.1.2. Trombosit MDA Tayini 3.2.1.3. Trombosit GSH Tayini 3.2.2. hs CRP Tayini 3.2.3. Serüloplazmin Tayini 3.2.4. Fibrinojen Tayini 3.2.5. D-Dimer Tayini 3.2.6. İstatistiksel İncelemeler 4. BULGULAR ve İSTATİSTİKSEL DEĞERLENDİRME 5. TARTIŞMA VE SONUÇ 6. ÖZET 7. SUMMARY 8. KAYNAKLAR 4
ÖNSÖZ Uzmanlık eğitimim süresince bilgi ve deneyimlerini sadece eğitim alanında değil, özel hayatta da aktarıp yol gösteren, her zaman yanımda olan ve tez çalışmalarımda desteklerini esirgemeyen değerli hocam Şef V.Uz. Dr.Sacide Atalay a çok teşekkür etmeyi bir borç bilirim. Uzmanlık eğitimim sürecinde gösterdikleri katkılardan dolayı Başasistanlarımız Uz Dr. Didem Özkazanç a, Uz Dr.Saadet Kurçenli ye, Uz Dr. M.Murat Yekrek e; uzmanlık eğitimim boyunca çalışmalarımdaki yardımlarından dolayı Uz Dr. Haluk Özkazanç a, Uz Dr. Adile Aktaş a, Uz Dr. Fatma Kumbasar a, Uz Dr. Nurcan Özyürek e, Uz Dr. Hülya Gündüz, Uz Dr. Hilal Sekban a, Uz Dr. Burak Çimen e ve Uz Dr.Kianoush Yurttagül e ve beraber çalışmaktan her zaman mutluluk duyduğum arkadaşlarım, As. Mehmet Akarsu ya, As. Nurcan Çetin e, Dr. Aylin Güzey e, As. Derya Akbaba, Dr Sakine Türkmen, As. Başak Ünal ve As. Nizar Türker e ve laboratuarda birlikte çalıştığım tüm arkadaşlarıma ayrı ayrı teşekkür ederim Beni bugünlere yetiştiren anne ve babama; hayatıma girdiği günden beri derdimi, hüznümü ve sevincimi paylaşan sevgili hayat arkadaşım eşime, her fırsatta annesini kitabın başından kaldırmak zorunda kalan minik oğluma ve her türlü yardım ve desteklerini esirgemeyip ellerinden gelenin fazlasını yapmaya çalışan eşimin ailesine çok teşekkür ederim. 5
III. KISALTMALAR ABCA4 ATP Binding Cassette Taşıyıcı Protein CACD Merkezi Areolar Koroidal Distrofi CD Kon Dejenerasyonu CERKL Seramid Kinaz cgmp Siklik Guanozin Monofosfat CNGA1 cgmp İyon Geçişli Kanal Protein Alfa Subünit CNGB1 cgmp İyon Geçişli Kanal Protein Beta Subünit CRB1 Crumbs homolog- 1 CRD Kon- Rod Dejenerasyonu CRX Kon- Rod Homeobox ER Endoplazmik Retikulum ERG Elektroretinogram FSCN2 Faskin Proteini GDP Guanozin Difosfat GER Granüllü Endoplazmik Retikulum GPx Glutatyon Peroksidaz GSH Redükte Glutatyon GSSG Okside Glutatyon GSSG-red Glutatyon Redüktaz GTP Guanozin Difosfat GUCA1B Guanil Siklaz Aktivatör Proteinler hscrp Yüksek Sensitiviteli CRP H2O2 Hidrojen Peroksit IAP Apoptoz İnhibitör Protein ICE İnterlökin-1b Converting Enzim IMPDH1 İnozin Monofosfat Dehidrogenaz-1 LDL Düşük Dansiteli Lipoprotein LRAT Lesitin Retinol Asetiltransferaz MD Maküler Dejenerasyon MDA Malondialdehit MERTK C-mer Protoonkogen Reseptör Tirozin Kinaz 6
NRL ODCRD ODRP ORRP PERİFERİN/RDS PDE PRP PRPF 3 RLBP- 1 ROM- 1 RP RP- 1 RPE RPG RPGR SER TGF-ß TNF TRAIL USH2A VEGF XBRP Neural Retina Leusin Zipper Otozomal Dominant Kon- Rod Dejenerasyonu Otozomal Dominant Retinitis Pigmentosa Otozomal Dominant Retinitis Pigmentosa Peripherin/ Retinal Degeneration Slow Fosfodiesteraz Trombositten Zengin Plazma Human Homolog of Pre-mRNA Splicing Faktör Retinaldehit Bağlayıcı Protein Rod Dış Segment Membran Protein Retinitis pigmentosa Retinitis pigmentosa-1 Retina Pigment Epiteli Retina Pigment Epiteli 65 Kilodalton Protein Retinitis pigmentosa GTPaz Regulator Protein Düz Endoplazmik Retikulum Transforming Growth Factor- ß Tumor Nekrotizan Factor Tumor Nekrotizan Factor İlişkili Apoptoz Uyarıcı Protein Usher Sendromu-2A Vasküler Endotelyal Growth Faktör X e Bağlı Geçiş Gösteren Retinitis Pigmentosa 7
IV. TABLOLAR, ŞEKİLLER, GRAFİKLER; IV.a. TABLOLAR Tablo-1: Rod ve Kon Hücrelerin Genel Özellikleri Tablo-2: Demografik Özelliklere Göre Grupların Değerlendirilmesi Tablo-3: Ürik Asit, Bilirubin, Albümin ve Ferritin Düzeylerine Göre Grupların Değerlendirilmesi Tablo-4: Fibrinojen, D-Dimer, WBC, Sedim Yarım Saat, Sedim 1 Saat ve Serüloplazmin Düzeylerine Göre Grupların Değerlendirilmesi Tablo-5: hscrp, MDA ve GSH Düzeylerine Göre Grupların Değerlendirilmesi IV.b. ŞEKİLLER Şekil -1: Gözün Anatomik Yapısı Şekil -2: Retina nın Histolojik Kesiti Şekil -3: Retina da Hücrelerin Yerleşimi Şekil -4: Fotoreseptör Hücrelerin Bölümleri ( Rod Ve Kon) Şekil -5: Rod Ve Kon Hücreleri Şekil -6: Rod Dış Segmenti ve Rodopsin Molekülünün Yerlerşimi Şekil -7: Fototransdüksiyon Kaskadı Şekil -8: Kon Hücre Tiplerinin Dalga Boyları Şekil -9: Fotoreseptör Hücrelerin Karanlığa Adaptasyonu Şekil -10: Apoptotik Bir Hücrenin Makrofajlar Tarafından Tanınması Şekil -11: Apoptozda İçsel Yolak Şekil -12: Apoptozda Prokaspaz Aktivasyonu ve Kaspaz Yolağı Şekil -13: Apoptozda İçsel ve Dışsal Yolakda Kaspaz Aktivasyon Mekanizması Şekil -14: Lipid Peroksidasyonu Şekil -15: Glutamat Sentezi ve Antioksidan Fonksiyonu Şekil 16: Lipid Peroksidasyon Standart Grafiği Şekil 17: Glutatyon Standart Grafiği IV.c. GRAFİKLER 8
Grafik -1: Gruplara göre Ürik Asit dağılımı Grafik -2: Gruplara göre Direk Bilirubin dağılımı Grafik -3: Gruplara göre Ferritin dağılımı 9
1. GİRİŞ VE AMAÇ Görme gözden başlayıp, beyinde görme korteksine kadar uzanan bir takım olaylar topluluğudur. İnsan gözü üç embriyonik tabakadan meydana gelen farklı dokuları içeren karmaşık bir organdır. Görme yeteneği, ışık ile beynin embriyolojik uzantısı olarak kabul edilen nöral retinanın etkileşimi sonucu oluşan bilginin optik sinir aracılığı ile beyne (görme korteksine) gönderilmesini içeren karmaşık bir durumdur. Birçok yapısal ve fonksiyonel protein bir arada rol aldığı karmaşık yapılı gözlerimizin genetik hastalıklar için uygun bir aday olması hiç de şaşırtıcı değildir. Günümüze kadar insanlığı etkileyen çok sayıda göz hastalığı tanımlanmıştır. Kalıtsal göz hastalıklarının önemli bir bölümünü oluşturan retina dejenerasyonları, Retinitis pigmentosa dan (RP) maküler dejenarasyonlara kadar uzanan geniş bir spektrum çizer. Kalıtsal retina dejenerasyonlarının moleküler patolojisi ayrıntılı olarak incelenen güncel araştırma konularından birisidir. Retinitis pigmentosa, retinadaki fotoreseptör hücrelerin ve retina pigment epiteline ait genlerde meydana gelen mutasyonlara bağlı olarak söz konusu hücrelerde fonksiyon kaybı ve apotozis yoluyla ölümüne yol açtığı bilinen kalıtsal dejeneratif bir retinal hastalıktır (7,18,23). Nörodejeneratif hastalıklarda (Parkinson, Alzheimer hastalığı) olduğu gibi RP hastalarında da ortak patolojik süreç apoptozistir. RP de ki asıl gizemli olay ise genlerde tarif edilen mutasyonların ne şekilde apoptozise yol açtığıdır (23,114). Mutasyonlar sonucu hücreler direkt olarak apoptoza sürüklenebileceği gibi daha fazla kabul gören fotoreseptör ve ilgili hücrelerde ortak yolaklarda kullanılan mutant proteinler nedeni ile meydana gelen değişiklikler sonucu da apoptoz başlayabilir. Retina, birim ağırlığına göre vücutta en yüksek metabolik hıza sahip olan doku olma özelliğindedir. Tüm hayvansal hücrelerde metabolik olayların gerçekleşebilmesi için gerekli enerji, oksijen varlığında sentezlenir. Gerek retinal sirkülasyon gerek retina hücrelerinin metabolik olarak oksijene ihtiyacının fazla olması nedeni ile hipoksiye dirençleri oldukça azdır ve apoptozisi başlatabilir (4). Ayrıca retinal oksijenizasyon bozukluğu, retinal damarlarda atenüasyon ve koryokapiller atrofiye neden olabilir. Bu da kısır bir döngü halinde fotoreseptör hücre ölümünü arttırır. RP hastalarındaki oksidatif ve metabolik değişimlerle ilgili az şey bilinmektedir. Retina pigment epiteli, yoğun antioksidan aktivitesi olan bakır bağlı enzimlerden yoğun hücrelerdir (10). Hücrede meydana gelen metabolik faaliyet sonucu oluşan serbest oksijen radikallerin hasarlandırıcı etkisi fotoreseptör hücre ölümüne yol açabilir. 10
Apoptozis in nedenlerinden biride hücresel hasarın meydana gelmiş olmasıdır. Yapılan bir çalışmada RP li hasta serumları ile yapılan serum-protein elektroforez çalışmasında; hasta grubunda, alfa- 1 ve gama globulin bantları yüksek olarak bulunmuştur (52). Akut faz proteinlerindeki bu anlamlı artış apoptozisi başlatan mekanizmalardan birininde enflamasyon olup olmayacağı yönünde şüpheler uyandırmaktadır. Bu çalışmada; RP li hasta serumlarında enflamasyon ve oksidatif stres belirteçleri ölçülerek olası apoptozis mekanizmalarının değerlendirilmesi amaçlandı. 11
2. GENEL BİLGİLER Göz, kompleks ve iyi gelişmiş ışığa duyarlı (fotosensitif) bir organdır. Yaklaşık 24 mm çapında olup, kafatası içinde koruyucu kemik olan orbitalar içine yerleşmiştir. Her göz, küresel şekli koruyan dayanıklı fibröz bir yapıdan, görüntüyü odaklayan bir mercek sisteminden ve görüntüyü toplayan ve merkezi sinir sistemi ileten fotosensitif hücrelerden oluşur. Gözün tabakaları sırası ile: Dış tabaka (tunica fibrosa): Sklera ve kornea, orta tabaka (tunica vasculosa): Koroid, corpus ciliare, iris, iç tabaka (tunica nervosa) : Retina dır. Şekil 1: Gözün anatomik yapısı (1). 2.1. Retina Göz yuvarlağının en iç tabakasını oluşturur. Arka bölüm fotosensitiftir. Ön bölüm ise corpus ciliare ve irisin iç yüzünü döşer. Gözün embriyolojik gelişimi sırasında optik vezikülün göze invajinasyonu ile ortaya çıkan iki katlı bir oluşumdur. İçte nörosensöryel tabaka, dışta da retina pigment epitel tabakası yer alır. Nörosensöryel tabaka ile retina pigment epiteli arasında anatomik bir yapışıklık yoktur ve bu potansiyel fizyolojik boşluğa, "subretinal alan" denir. Patolojik durumlarda iki tabaka birbirinden ayrılıp, dekolmana yol açabilir (2). Retina koroid den Bruch membranı ile ayrılır. Koroid e komşu dış kısımdan içe doğru histolojik olarak on tabaka içerir (Şekil 2). Bunlar sırası ile: İç limitan membran, sinir lifleri tabakası, gangliyon hücreleri tabakası, iç pleksiform tabaka, iç nükleer tabaka, 12
dış pleksiform tabaka, dış nükleer tabaka, dış limitan membran, fotoreseptör hücreler (konlar ve rodlar) ve retina pigment epiteli dir. Şekil 2: Retina nın histolojik kesiti (1). 2.1.1. Retina Pigment Epiteli ( RPE ) Retina pigment epiteli (RPE), tek sıralı 4-6 milyon hücre ihtiva eder. Bu hücreler koroid in Bruch membranına yapışık, küboid yapıda melanin pigmenti içeren hücrelerdir. Hücreler arasında zonula oklüdens denen sıkı bağlantılar vardır. Bu özelliğiyle ışığın koroide geçmesini engeller. Bu bağlantılar suyun ve iyonların serbest geçişini engellediğinden sıvının subretinal alana pompalanması için metabolik enerji kullanılır. Hücreler arasındaki bağlantıların çok sıkı olması, retina damarlarıyla birlikte, pigment epitelinin ikinci kan retina bariyerini oluşturmasına yol açar (3). RPE ne renginden dolayı ismini veren; melanozom adı verilen sitoplazmik granüllerde bulunan melanin pigmentidir. Melanin pigmenti yaşla birlikte lizozomlarla birleşerek yıkılabilir. Bu nedenle yaşlı insanlarda fundus tipik olarak daha az pigmente olarak görülür. Melanin pigmentinin gözdeki rolü tartışmalıdır. Melanin pigmenti dağılan ışığı absorbe eder ve göz içinde minimal olarak dağılmasını sağlar, bunun birtakım teorik 13
optik faydaları vardır. Melanin pigmenti ayrıca serbest radikalleri stabilize eder ve toksinleri bağlar (4). Diğer major RPE pigmenti lipofuksindir. Lipofuskin RPE içinde yaşlandıkça yavaş yavaş birikir. Lipofuksinin, RPE tarafından sindirilen, ışık veya oksidasyon nedeniyle hasarlanmış dış segmente ait membran lipidlerinden kaynaklandığı düşünülmektedir. Yaşlanmayla birlikte gelişen madde birikimi sürdükçe RPE tabakasının epiteli yıkılabilir, RPE atrofisi, koroidal neovaskülarizasyon oluşabilir (4). RPE hücreleri arasında, retinanın farklı bölgelerinde şekil ve boyut farklılıkları görülmektedir. Makula bölgesindeki hücreler daha küçük çapta iken (10-14 mikron), periferde hücreler düz ve daha geniş çaptadır. (60 mikron)(5). Pigment epiteli bol miktarda mitokondri, Granüllü endoplazmik retikulum (GER), düz endoplazmik retikulum (SER), Golgi ve bazal katlantılar içerir. En belirgin özellikleri; sentezleyip apikal plazmada depoladıkları melanin granüllerinin bolluğudur. Fotoreseptör hücrelerinin yogunlugu retinanın farklı bölgelerinde değisşiklik göstermekle birlikte, ortalama her bir RPE hücresine karşılık 45 adet fotoreseptör hücresi bulunur (6). Pigment epiteli, fotoreseptörlerin fonksiyonunu idame ettirmesindeki yaşamsal dokudur. Fotoreseptör hücrelerin dış segmentlerini oluşturan diskler, tabanda sürekli yenilenir, dışta pigment epiteline doğru kayarak ilerler ve uçta düşerek pigment epiteli tarafından fagosite edilir. Fotoreseptör hücre artıkları, retina pigmentinden koriyokapiller ağa geçerek kan dolaşımı yoluyla atılır. Herhangi bir nedenle koroide geçemeyen ve pigment epitelinde biriken artık maddeler lipofuskin pigmentleri şeklinde görülebilir. Çeşitli ultrastrüktürel çalışmanın sonucunda fotoreseptör hücrelerin özellikle rodların beslenmesinde RPE nin önemi vurgulanmaktadır (7). Ayrıca pigment epiteli, koriyokapiller ağdaki oksijeni fotoreseptörlere aktarır, görme pigmentini depolar ve fotoreseptörlerin tekrar yapılanmalarını sağlar. Pigment epitelindeki melanin, ışığın koroide ve göz dışına geçmesini engellemesi yanında, fotoreseptörlerde gerçekleşen fotokimyasal reaksiyonlar sonucu açığa çıkan ısıyı emerek termostat görevi de yapar. Pigment epiteli, retina altı oluşan sıvıları emmesi, fotokimyasal reaksiyonlar ve metabolizma aktiviteleri nedeniyle nörosensoriyel retinaya yapışık kalır. Bu yapışıklıkta pigment epitelinin iç yüzündeki mikrovillozitelerin, fotoreseptörlerin dış segmentlerini sarmasının da rolü vardır (6). RPE nin görevleri kısaca özetlenecek olursa; yayılan ışığın absorpsiyonu, subretinal boşlukta sıvı ve besin kontrolü (dış kan-retina bariyerinin oluşturulması), görme pigmentlerinin rejenerasyonu ve sentezi, growth faktör ve diğer metabolitlerin sentezi, 14
retinal adhezyonun sürdürülmesi, fagositoz ve fotoreseptör artıklarının sindirilmesi, elektriksel homeostaz, hasar veya cerrahi sonrası rejenerasyon ve onarım şeklinde sıralanabilir. 2.1.2. İç Limitan Membran Retinanın en iç katı olan iç limitan membran, retinayı vitreustan ayırır. Vitreus ile temas halinde olan iç yüzünün düzgün olmasına karşılık, dış yüzü Müller hücrelerinin uçlarından ötürü pürtüklüdür. Yazarların bir kısmına göre gerçek bir zardır. Diğerlerine göre de Müller hücrelerinin uçları tarafından oluşturulmuştur (8). 2.1.3. Sinir Lifleri Tabakası Korpus genikulatum lateralede sonlanan 1,2 milyon dolayındaki gangliyon hücresi myelinsiz aksonları, sinir lifleri katını oluşturur. Burada ayrıca retina arter ve venleri, astrositler, mikrogliyal hücreler ile oligodendrositler de vardır. Retina beslenmesinde rolü olan astrosit, mikrogliya ve oligodendrositler retinanın arter, ven ve kapillerleri çevresinde kümelenmişdir. Bu küçük yuvarlak alanda fotoreseptör bulunmaz ve retinanın kör noktası olarak adlandırılır. Optik sinir sklerayı geçerken miyelinle kılıflanır (1,6). 2.1.4. Gangliyon Hücreleri Tabakası Gangliyon hücrelerinin gövdelerinin bulunduğu tabakadır. Bu nöronların aksonları sinir lifi tabakasına geçerek optik siniri oluşturur. W, X ve Y hücreleri olarak belirtilen üç ayrı gangliyon hücresi grubu vardır. Bunların her biri farklı bir işleve sahiptir. W Hücreleri, tüm gangliyon hücrelerinin yaklaşık % 40 nı oluşturur. 10 mikrometreden daha düşük çaplıdır. Retinada geniş alanları vardır. Çünkü dendritleri genişçe yayılır. Küçük bipolar hücreler ve amakrin hücreler yolu ile rod hücrelrinden uyaran aldıkları için doğrusal hareketleri saptamada ve karanlık koşullar altında görmemizde önemli olan hücrelerdir. X Hücreleri, tüm gangliyon hücrelerinin yaklaşık % 55 ni oluşturur. Çapları 10-15 mikrometre arasında değişir. Retinada dar alanları vardır çünkü dendritleri genişçe yayılmaz. En az bir kon hücresinden uyaran aldığı için görsel resimlerin iletiminden ve renkli görmeden sorumlu hücrelerdir. Y Hücreleri, tüm gangliyon hücrelerinin yaklaşık % 5 ni oluşturur. Çapları 35 mikrometreyi bulabilir. Retinada geniş 15
alanları vardır çünkü dendritleri genişçe yayılır. Görsel resimdeki hızlı hareket ya da ışık şiddetindeki ani değişimlere amakrin hücreler gibi yanıt verirler (9). 2.1.5. İç Pleksiform Tabaka Bipolar hücrelerin aksonları ile gangliyon hücrelerinin dendritleri arasındaki aksodendritik sinapsların bulunduğu tabakadır (6). 2.1.6. İç Nükleer Tabaka Bipolar, amakrin, horizontal ve Müller hücrelerinin çekirdekleri bulunur (Şekil 3). Horizontal hücreler, Fotoreseptör ve bipolar hücreler arasındaki sinaptik alanlarla sinaps yaparlar. İletiyi yatay olarak aktarırlar. Sinaptik aktivitenin düzenlenmesinde rol alırlar. Amakrin hücreler, Bu tabakanın alt sınırına yerleşmişdir. 30 kadar farklı işlevi olan amakrin hücre tipi tanımlanmıştır. Armut biçimli gövdeleri ve bulunur ve tüm dendritleri tek noktadan çıkar ve bipolar hücreler ile gangliyon hücreleri arasındaki sinaps kompleksi üzerinde sonlanır. Bu sinapstan kaynaklanan nöronal bilgiyi interfleksiform hücrelere ileterek feedback rol oynarlar. Bipolar hücreler, sinyalleri fotoreseptör ve horizontal hücrelerden, gangliyon hücreleri ve amakrin hücrelerle sinaps yaptıkları iç pleksiform tabakaya iletirler. Müller hücreleri, vitröz cisimden çubuk ve konlarin iç segmentleri ile oluşturdukları zonula adherense (dış sınırlayıcı membran) kadar uzanan nöroglial hücrelerdir. Sitoplazmalarında glikojen ve enerji metabolizması ile ilgili bir çok enzim içerirler. Böylece, nöral retina için destekleyici, koruyucu ve besleyici glial hücreler olarak tanımlanırlar (9). Fotoreseptör dış segment fagozitozisi, görme pigmentlerinin yeniden dönüşümü ve antioksidan fonksiyonlarının varlığı da bilinmektedir (10). 16
Şekil 3: Retina da hücrelerin yerleşimi (1). 2.1.7. Dış Pleksiform Tabaka Fotoreseptör hücrelerle diğer bipolar nöronlar, horizontal ve amakrin hücrelerin dentritleri arasındaki aksodendritik sinapsların yer aldığı tabakadır (9). 2.1.8. Dış Nükleer Tabaka Fotoreseptörlerin çekirdek ve sitoplazmalarının bulundugu bölgedir. Histolojik kesitlerde rod nukleusları küçük, yuvarlak ve konların nukleuslarından daha koyu boyanır (9). 2.1.9. Dış Limitan Membran Fotoreseptörlerin iç segmentleriyle Müller destek hücrelerinin dış uzantılarının aralarındaki bağdan oluşmuştur. Gerçek bir membran değildir. Koni ve rodlarin dış ve iç segmentlerinin arasından geçer. Periferik retinada bu membran ora serrata pigment epiteli ile birleşir (6). 17
2.1.10. Fotoreseptör Hücreler ( Konlar ve Rodlar ) Fotoreseptör hücreleri gözün kırıcı ortamı tarafından yönlendirilen görüntüyü nöral sinyallere çevirerek görme olayını başlatan özelleşmiş hücrelerdir. Retinada konlar ve rodlar olmak üzere iki tip fotoreseptör hücresi vardır. Rodlar karanlıkta, konlar aydınlıkta işlev yaparlar. Retinanın merkezinde hiç rod hücresi bulunmadığı halde; konlar, en yüksek konsantrasyona sahiptir. Şekil 4 de bir fotoreseptörün esas bileşenlerini göstermektedir. Şekil 5 de gösterildiği gibi konların dış bölümü koni biçimindedir. Genel olarak rodlar konlardan daha dar ve uzundur. Bir fotoreseptör hücresi, dış segment, iç segment, çekirdek ve sinaptik gövde olmak üzere dört kısımdan oluşur. Şekil 4: Fotoreseptör hücrelerin bölümleri (rod ve kon) (12). Dış Segment: Dendritik son kısım olup, yassı membranöz, hücrenin eksenine dik lameller bulunur. Her lamel, plazma membranının invajinasyonu ile oluşur. Membranlar rodlarda ışık duyarlı pigment olan rodopsin, konlarda benzer başka bir fotokimyasal bileşene yerini bırakır. İç Segment: Modifiye bir bağlayıcı sap (cilium) ile dış segmente bağlıdır. Bu alana yakın glikojen, SER, poliribozom GER, mitokondri içerir. Bu organellerde görme için fotoreseptör hücrelerin ihtiyaç duydukları enerji ve protein üretimi gerçekleşir, dış segmente iletilir. Burada dış segmentin apeksinden koparak pigment hücrelerine iner ve fagosite edilir. 18
Sinaptik Gövde: Kon ya da rod fotoreseptör hücresinden sonraki sinir hücreleri olan horizontal ve bipolar hücreler ile bağlantısını sağlayan bölümdür ve görme zincirindeki bir sonraki aşamayı temsil eder. Şekil 5: Rod ve kon hücreleri (12). Konlarda, her bir disk gerçekte katlanmış hücre zarından oluşmuş bir raftır. Bu rodlarda hücre tabanına yakın bölümler için geçerlidir. Bununla beraber rod hücrelerinde tepeye doğru, diskler zardan ayrılırlar ve tümüyle hücrenin içerisinde uzanan yassı çantacıklar halindedirler. Rodopsin ve renk pigmentleri konjuge proteinlerdir. Disklerin zarına transmembran proteinler şeklinde katılırlar. Disklerdeki bu ışığa duyarlı pigmentlerin konsantrasyonları yüksektir, sadece pigmentler tüm fotoreseptör hücre kütlesinin % 40 kadarını oluştururlar (9). İnsanda kon pigmentleri 419 nm (mavi), 531 nm (yesil) ve 558 nm (kırmızı) olmak üzere ışık spektrumunun üç bölgesindeki fotonları maksimum olarak absorbe ederler. Konlar; ışıkta renk ayırımı, aydınlıkta görme ve keskin görmeden sorumludur. Konlar, horizontal ve bipolar hücrelerle olduğu kadar; diğer rodlar ve konlarla da sinaps yaparlar. Konların toplam sayısı yaklaşık 6,5 milyondur; merkezden perifere doğru gidildikçe kon sayısında hızlı bir düşüş gözlenir. Rodlar ise alacakaranlıkta ve karanlıkta görmeden sorumludurlar. Bir rod hücresinde ortalama 6.000-10.000 adet disk bulunur. Bir rod hücresi iki horizontal veya bir ile daha çok sayıda bipolar hücre dentriti ile sinaps yapma yeteneğindedir. Retinada toplam rod hücre sayısı, yaklaşık 120 milyondur. Kon ve rod 19
hücrelerinin dış segmentleri mukopolisakkarid bir örtüyle kaplıdır ve pigment epiteli ile temas halindedir (9). Özellik adı Rodlar Konlar Işığa duyarlılık Yüksek Düşük Fotopigment miktarı Yüksek Düşük Amplifikasyon özelliği Yüksek Düşük Satürasyon Gün ışığında satüre Yoğun ışıkta satüre Duyarlılık Noktasal ışığa duyarlı Eksensel ışığa duyarlı Işığa yanıt süresi Yavaş Hızlı Tablo 1: Rod ve kon hücrelerin genel özellikleri 2.2. Retina nın Kanlanması Retina iki kaynaktan beslenir. Dış pleksiform, dış nükleer tabakalar, fotoreseptör ve pigment epitelinden oluşan retinanın 1/3 dış kısmı, koroidal dolaşımdan; nörosensoryel retinanın geri kalan 2/3 iç kısmı santral retinal arterden beslenmektedir (1). Retinal kapillerler; sinir lifleri tabakasında yüzeyel, iç nükleer tabakada ise intraretinal ağ yaparlar. İntraretinal kapillerler, sinir lifleri tabakasındaki kapillerile beslenirler. Hipertansiyon gibi arteryel patolojik bozukluklarda daha çok sinir lifleri tabakası tutulurken, diabet gibi venöz patolojilerde daha çok iç nükleer tabakadaki kapillerler tutulma eğilimi göstermektedirler (1). Damar boyunca düzenli olarak sıralanmış olan endotelyal hücrelerin etraflarında endotelden bazal membran ile ayrılmış olan perisit hücreleri yer alır. Birbirleriyle sıkı bağlantı yapan endotelyal hücreler, kan-retina bariyerini oluştururlar (1). Retina venlerinde endotel hücrelerinin destek dokuları oldukça azdır. Arter ile çaprazlaşma yerlerinde tek bir adventisyal kılıfla çevrelenmişlerdir. Santral retinal ven, santral retinal arterin çıktığı yerde optik sinire girer ve 12 mm geriden çıkar (1). 2.3. Kan Retina Bariyeri 20
Kan-retina bariyeri, retina kan damarları ve RPE tarafından oluşturulur. Bariyer fonksiyonu; endotel hücreleri arasındaki sıkı bağlantılarca oluşturulur ve hücre zarından büyük molekül (serum proteinleri gibi ) ve partiküllerin geçişini önler. Retinal dokuyu sistemik dolaşımdan ayıran iki bariyer vardır: 1 ) Dış bariyer: RPE hücreleri arasındaki sıkı bağlantı komplekslerinden meydana gelir (koroidal kapillerler fenestralıdır). 2 ) İç bariyer: Retinal kapillerlerde bulunan endotelyal hücreler arasındaki sıkı bağlantılarca oluşturulur. Makuladaki retinal damarlar, endotelyal hücrelerin bariyer özelliğini koruyan Müller glial hücrelerinin sonlanmadığı halde ganglion hücre tabakası pleksusunda ise astrosit hücreleri ile çevrelenirler. Glial hücreler, vasküler endotel tarafından sağlanan, bariyeri güçlendiren (örneğin glial hücre kökenli nörotrofik faktör ve neurturin) veya zayıflatan Transforming growth factor ßeta (TGF-ß), Tumor nekrotizan factor (TNF) gibi faktörleri salgılayabilir (4). Endotelyal hücrelerin bariyer fonksiyonlarını kontrol eden en önemli moleküllerden biri, vasküler permeabilite faktörü olarak da adlandırılan vasküler endotelyal growth faktör (VEGF) dür. VEGF, RPE hücreleri tarafından üretilir, koroidal vasküler endotelin yüksek geçirgen ve pencereli karakterini desteklemek için RPE hücrelerinin bazal (koroidal) tarafından salgılanır. Aksine, Müller hücrelerinin ekspresyonunu ve VEGF sekresyonunu arttırdığı hipoksik koşullarda, iç kan-retina bariyeri yoğun VEGF etkisinde kalır (4). 2.4. Görmenin Fotokimyası Işığın görmeye dönüşmesi, retina daki fotoreseptör hücrelerinin dış segmentlerindeki fotokimyasal reaksiyonların fotoelektriksel akıma dönüşerek bipolar ve gangliyon hücrelerinden geçmesi ve optik sinir yoluyla oksipital kortekse ulaşmasıyla gerçekleşir. Rodlarda ki kimyasal madde rodopsindir. Konlarda ki ise, kon pigmentleridir, bileşimleri rodopsin den çok az farklıdır. Genel olarak iodopsin olarak adlandırılırlar. 2.4.1. Rodopsin 21
Rodların iç segmentinde sentezlenen rodopsin 38 kilo dalton ağırlığında olup, veziküller içerisinde oligosakkaritler ve yağ asitleri ile posttrasyonel modifikasyona uğrar. Silyum bağlı taşıma ile dış segmentteki disklere yerleşir (şekil 6). Rodopsin yedi transmembran geçişli G reseptör protein ailesinin bir üyesi olup 348 aminoasit içerir. Rodopsinin amino terminal ucu dış segmentte intra diskal ya da lümenal bölgede iken; karboksi terminal kısım sitoplazmik bölgededir. 11-cis retinal opsinin lizin birimi ile schift baz bağlanımı ile bağlanarak rodopsini oluşturur (12,13). Rodopsin rod hücrenin yaklaşık % 40 kadar konsantrasyonda bulunur. Bu madde skotopsin (opsin formu) proteini ile karotenoid pigment retinalin bir kombinasyonudur. 11- cis retinal adını alan retinal rodopsin sentezlemek üzere skotopsin ile birleşebilen yegane retinal formudur (4). Şekil 6: Rod dış segmenti ve rodopsin molekülünün yerlerşimi (1). 2.4.2. Rodopsin Parçalanması Işık enerjisi, rodopsin tarafından soğurulduğunda, saniyenin trilyonda biri kadar bir süre içinde parçalanmaya başlar. Bunun nedeni rodopsinin retinal bölümündeki elektronların ışıkla aktive olmalarıdır. Böylece cis form kararlı trans forma dönüşür. Cis ile trans form aynı kimyasal yapıya sahiptir, uzaydaki yerleşimleri farklıdır. Trans form açılı bir molekülden ziyade düz bir moleküldür. Üç boyutlu yönelimi artık skotopsin 22
proteini üzerindeki reaktif bölgelere uymadığı için skotopsinden uzağa çekilmeye başlar. O an oluşan ürün hep trans retinal ve skotopsinin kısmen parçalanmış bir ürünü olan batorodopsindir. Batoropsin son derece kararsız bir bileşiktir ve nanosaniyeler içersinde lumirodopsine dönüşür. Bu daha sonra mikrosaniyeler içerisinde metarodopsin I e, sonra yaklaşık bir milisaniye içinde metarodopsin II ye ve sonuçta çok daha yavaş bir biçimde tamamen parçalanmış ürünlere skotopsin ve hep trans retinale dönüşür (4). Işık enerjisini kimyasal enerjiye, kimyasal enerjiyi görme işleminde kulanılmak üzere elektrik enerjine çeviren bu kaskadın ana sorumlusu rodopsinin aktive formu olan metarodopsin II dir (13). 2.4.3. Rodopsin Yeniden Sentezi Vitamin A türevlerinin hayati önemi vardır. Retinal (retinaldehit) ve retinoller, vitamin A türevleridir. Hep trans retinal in 11 cis retinal e dönüşümü iki şekilde olabilir; 1- Direkt retinal izomeraz enziminin katalizlediği reaksiyon ile hep trans retinal 11 cis retinal e dönüşür. Enerji gerektiren bir basamaktır. 2- Önce hep trans retinal, hep trans retinol e daha sonra izomeraz enzimi ile 11 cis retinol e dönüşür. Ardından 11 cis retinol, 11 cis retinale dönüşür. 11 cis retinal bir kez oluşunca rodopsini yeniden oluşturmak üzere birleşir. A vitamini hem rod hücrelerinin sitoplazmalarında, hem de retina pigment tabakasında bulunur. Böylece A vitamini gereksinimi duyulduğunda, yeni retinal in yapılmasını sağlayacak şekilde depolanır. Öte yandan, retinal bu hücrelerde fazla bulunduğunda, fazla miktar A vitaminine geri dönüştürülür. Bu karşılıklı dönüşüm farklı ışık şiddetlerine retinanın uzun süreli adaptasyonunda özellikle önemlidir (4). 2.4.4. Fototransdüksiyon Kaskadı Işık, rod hücre disklerinde rodopsini aktifleyip metarodopsin II oluşduktan sonra transduksin proteinine bağlanıp aktive eder. Transduksin tıpkı rodopsin gibi G proteini reseptör ailesine ait bir proteindir ve kendisine bağlı Guanozin difosfat ı (GDP) Guanozin trifosfat (GTP) ile değiştirebilir. Ayrıca transduksin Guanozin trifosfataz aktivitesine sahip olduğu için kendine bağlı GTP yi GDP ye yıkarak inaktive edebilir (14). Bu G proteini, ışığın reseptörü olan rodopsin ile ikinci mesajcı olan siklik Guanozin monofosfat (cgmp) ın seviyesini regüle eden efektör enzim fosfodiesteraz arasında arabulucu olarak 23
görev yapmaktadır (15). Metarodopsin II, transduksine bağlandığında GDP, GTP ile yer değiştirir ve disosiyasyon başlar. Sonuçta transduksin- α GTP, transduksin βγ subunit ve rodopsin oluşur. Aktif olan transduksin-α GTP, cgmp fosfodiesterazı aktive eder. cgmp fosfodiesteraz 3 5 cgmp yi 5 GMP ye hidroliz eder. cgmp konsantrasyonu iki enzimle kontrol edilir. CGMP quanil siklaz ile GTP den sentezlenir. cgmp fosfodiesteraz ile 5 GMP ye yıkılır. CGMP fosfodiesteraz disk membranında periferik bir protein olarak yerleşmiştir. Karanlıkta çok hafif aktiftir. Bu yüzden cgmp miktarı yüksektir. Işıkla aktive edilince cgmp yıkılır ve konsantrasyonu düşer (Şekil 7) (16). Bir rodopsinin aktivasyonu her saniyede 10 5 molekül cgmp hidrolizine yol açar. Aktive rodopsin disk membranına diffüze olur ve yüzlerce regülatör protein, transduksini aktive eder. Her bir transduksin bir fosfodiesterazı uyarır. Bir fosfodiesteraz, saniyede 10 3 cgmp yi hidrolize edebilir (17). Şekil 7: Fototransdüksiyon kaskadı (1). cgmp de azalma cgmp-kapılı kanalları kapatır. cgmp kanalın sitoplazmik yüzüne bağlanır. Kanalın aktivasyonu için en az 3 molekül birlikte bağlanmalıdır. Bunlar bulunan ilk siklik nükleotid bağımlı kanallardır ve retinal bipolar hücrelerde ve koku ile ilgili nöronlarda da bulunur. Işık uyaranının yokluğunda cgmp-kapılı kanallar içe akım ile fotoreseptörün depolarizasyona meyletmesini sağlar. Işığa bağlı kapanma bu akımı azaltır. Bu yüzden hiper polarizasyon oluşur (18). Karanlıkta rod dış segment plazma zarı Na + iyonlarına çok geçirgendir. Plazma zarında Na + konsantrasyonu gradienti mevcuttur. Bu gradient iç segmentin plazma zarında yerleşmiş Na +, K + ATPaz ca sağlanmaktadır. Böylece karanlıkta Na + iyonları dış segment 24
içine kolaylıkla akarlar. İç segmente diffüze olurlar ve ATPaz pompasıyla dışarı atılırlar. Işık, dış segmentin plazma zarında Na kanallarını bloke eder. Neticede Na + akışı azalır ve zar iç kesimde daha negatif olur. Işıklanmış rod un zar potansiyeli, K + denge potansiyeline doğru kayar. Işıklandırılmış disklerin yakınında ışıkla başlatılan hiper polimerizasyon sinaptik gövde ye plazma zarınca pasif şekilde geçirilir (19). Rod hücre içerde 60,-90 mv. ışık uyarımı rod hücre dış segmentinde hiper polimerizasyon yapar. Işık yokken rod hücreler depolorize olup nörotransmitterleri salar. Işıkla başlatılan hiperpolimerizasyon, transmitter salınımda azalma yapar. Hücrelerce absorplanan tek bir foton ölçülebilen bir yanıt verir. Bu yanıt 1-2 sn de sona eren 1 mv değerindeki bir hiperpolimerizasyondur. Hiperpolimerizasyon, rod hücrenin sodyum kanallarının kapanması ile olmaktadır; rod hücrenin plazma zarı olağanüstü karanlıkta istirahatı halinde açık Na + kanallarının pek çoğu nedeniyle Na + iyonları çok geçirilir. Biz biliyoruz ki, Na + iyon geçişindeki azalmayı hiperpolimerizasyon yapıyordu. Işığın bu hücreler üzerindeki etkisi Na + kanallarının kapanmasıdır. Ne kadar kapanırsa hücrenin içi o kadar negatif olur. Tek bir foton milyondan daha fazla Na + iyonlarının içeriye girişini engeller (19). Karanlıkta depolarize durum sinaptik bölgede voltage gated Ca ++ kanallarını açık tutar. Ca ++ nin içeri akışı nörotransmitter salınışını getirir. Depolarizasyon dış segmentin plazma zarında Na kanalları açık olmasındandır. Işıkta Na kanalları kapanır. Reseptör potansiyel hiperpolarize halini alır. Bu Ca ++ girişinin azalmasına yol açar ardından transmitter salınımını azaltır. Transmitter salınımı postsinaptik nöronların pek çoğunda inhibitör etkide bulunur. Burada ışıklanma bu nöronları inhibisyondan kurtarır ve onları uyarır. Işık ne kadar parlaksa hiperpolimerizasyon o kadar fazla olur. O kadar da az, transmitter salınımı vardır. Karanlıkta dış segmentte cgmp-kapılı Ca ++ 1/7 oranında girer. Ca ++ sabitliği dış membranda bulunan özel Ca ++ taşıyıcıları tarafından Ca ++ çıkışı ile sağlanır. Uzamış aydınlanma süresince cgmp-kapılı kanallar kapalıdır. Böylece Ca ++ girişi azalmıştır. Bu sürede Ca ++ çıkışının devam etmesi nedeniyle hücre içi Ca ++ konsantrasyonu düşer. Ca ++ konsantrasyonundaki bu yavaş düşüş, parlak ışığa verilen ilk hiperpolarizasyon yanıtının düzelmesine yol açar. Çünkü Ca ++, quanil siklazı (GTP cgmp) inhibe eder. Böylece karanlıkta Ca ++ seviyeleri göreceli olarak yüksek olduğundan quanilil siklaz kısmi olarak inhibe durumdadır. Düşürülen Ca ++ konsantrasyonunun görme pigmentlerinin inaktivasyonunu hazırladığına inanılır. Düşük C + + konsantrasyonu cgmp-kapılı kanalların, cgmp ye duyarlılıklarınıda azaltır. Ca ++ un bu 25
etkileri nedeniyle aynı sayıda cgmp-kapılı kanalı kapatmak için daha yoğun bir ışık uyaranı gerekir (20). 2.4.5. Işık Yanıtının Sonlandırılması Işığın fotoreseptörde oluşturduğu yanıt, iki şekilde sonlandırılabilir: 1- Transduksin GTP az aktivitesine sahip olduğu için kendine bağlı GTP yi GDP ye yıkarak inaktive edebilir (14). 2- Rodopsin bir kez aktive edilince özel proteinkinazlar rodopsin kinaz tarafından fosforilasyon için hedef haline gelirler. Fosforile rodopsin arrestin adlı özel regülatör protein ile etkileşerek, hızlı bir inaktivasyona neden olurlar. Sonuçta rodopsin, hep trans retinol e dönüşür ve guanil siklaz, yeniden cgmp sentezleyerek hücreyi ışıktan önceki hale geçirir (18). 2.4.6. Konlar Tarafından Renkli Görmenin Fotokimyası Konlardaki fotokimyasal olayların tamamı rodlardakine benzer şekilde oluşur. Tek farklılık protein bölümleri opsinlerdedir. Konlardaki fotopsinler rodlardaki skotopsinden farklıdır. Tüm görme pigmentlerinin, retinal bölümü rodlardaki ile aynıdır. Bu nedenle kon ların renge duyarlı pigmentleri, retinal ve fotopsinlerin birleşimleridir. Her bir kon hücresinde renk pigmentlerinin üç tipinden biri bulunur; böylece konlar seçici olarak mavi, yeşil ve kırmızı gibi renklere duyarlıdır. Bu renk pigmentleri sırası ile maviye duyarlı pigment, yeşile duyarlı pigment ve kırmızıya duyarlı pigmenttir. Üç tip kon hücresindeki bu üç tip pigmentin soğurma özellikleri sırası ile 445, 535 ve 570 nanometre ışık dalgaboylarıdır ( Şekil 8). 26
Şekil 8: Kon hücre tiplerinin dalga boyları ( 1). 2.4.7. Aydınlığa ve Karanlığa Uyum Karanlıktan parlak gün ışığına çıktığımızda, ışıkta hemen göremeyiz fakat birkaç saniye sonra gözler alışır. Karanlık bir tiyatro salonuna girdiğimizde yine gözler adapte oluncaya kadar yolumuzu göremeyiz. Eğer bir kişi uzun süre parlak ışıkta durdu ise tüm fotoreseptörlerdeki fotokimyasal maddelerin büyük bir bölümü retinal ve opsinlere geri dönüşmüş olacaktır. Dahası, fotoreseptörlerdeki retinalin çoğu da A vitaminine geri dönüşmüş olacaktır. Bu iki etkiden ötürü rod ve konlardaki geriye kalan ışığa duyarlı kimyasal maddelerin konsantrasyonları belirgin şekilde azalır ve buna uygun olarak gözün ışığa duyarlılığı azalır. Buna aydınlığa uyum adı verilir. Öte yandan, eğer kişi uzun süre karanlıkta kalırsa, fotoreseptörlerdeki retinal ve opsinler yeniden ışığa duyarlı pigmentlere dönüştürülürler. Dahası A vitamini, yeni ışığa duyarlı pigmentler oluşturmak üzere retinale geri dönüştürülür. Son sınır, fotoreseptörlerdeki opsinlerin miktarı ile belirlenir. Buna karanlığa uyum adı verilir. Görmenin uyum dahil tüm kimyasal olayları, konlarda rodlara göre dört kat daha hızlı meydana gelir. Öte yandan konlar, rodların yaptıkları gibi karanlıkta hasasiyet değişimini ona yakın bir şekilde hiç bir yerde gerçekleştiremezler. Bu yüzden hızlı uyuma rağmen, konlar yalnızca birkaç dakika sonra uyuma son verirler. Oysa yavaş uyum sağlayan rodlar, hassasiyetleri çok miktarda artacak şekilde dakikalarca hatta saatlerce uyum sağlamaya devam ederler (Şekil 9). Ek olarak rodların daha fazla duyarlılığı, 27
retinada, 100 ya da daha fazla rodun tek bir gangliyon hücresine bağlantısı ile sağlanabilir (9). Rodopsin veya renkli fotokimyasal maddelerin yoğunluklarındaki değişikliklerle ortaya çıkan uyuma ek olarak, gözün aydınlığa ve karanlığa uyumu için başka iki mekanizma daha vardır. Birincisi pupilla büyüklüğündeki değişmedir. Yaklaşık 30 kat uyum sağlar. İkincisi, retinanın kendisindeki görme zincirinin ardışık aşamalarındaki nöronları ve beyni ilgilendiren sinirsel uyumudur. Yani ışık şiddeti arttığında, bipolar hücreler, horizontal hücreler, amakrin hücreler ve gangliyon hücreleri tarafından iletilen uyarışların şiddetlerinin tümü artar. Halbuki, sinir devresindeki iletinin değişik aşamalarında, bu işaretler hızla azalır. Bu uyumun derecesi, fotokimyasal sistemin uyumu sırasında gerçekleşen binlerce katlık uyuma kıyasla yalnızca birkaç katlık da olsa sinirsel uyum, pupilla uyumuna benzer şekilde ve fotokimyasal tam uyum için gerekli dakikalar ve saatlerin tersine, saniyenin kesri içerisinde meydana gelir (9). Şekil 9: Fotoreseptör hücrelerin karanlığa adaptasyonu ( 1). 2.5. Kalıtsal Retina Dejenerasyonlarının Sınıflandırılması 2.5.1. Merkezi Retina(Makula) Dejenerasyonları Retinal dejenerasyonlar arasında kon-rod dejenerasyonu (CRD), kon dejenerasyonu (CD), maküler dejenerasyon (MD),yaşa bağlı maküler dejenerasyonlar, Stargardt hastalığı, 28
Best s vitelliform maküler distrofi, pattern distrofi, Sorby s fundus distrofisi, dominant drusen, merkezi areolar koroidal distrofi (CACD) sayılabilir. 2.5.2. Periferik Retina Dejenerasyonları, Retinitis pigmentosa (RP) İntranöral retina dejenerasyonunun eşlik ettiği ailevi retina dejenerasyonu ilk olarak Donders tarafından 1855 yılında tanımlanmıştır (21). 2.5.2.1. Epidemiyoloji ve Patogenez Retinanın herediter pigmenter dejenerasyonarı, fotoreseptör (rod-kon) hücrelerin ve RPE ilerleyici dejenerasyonu ve fonksiyon kaybı ile karakterize, bazı formlarda sistemik hastalıklarla beraberlikleri olan bir grup heredoretinal hastalıktır. Bilateral ve simetriktir (22). RP terimi, geçmişte spesifik fundus görüntüsü için kullanılsa da günümüzde geniş kapsamlı bu hastalık grubu için kullanılmaktadır (23). Birçok olguda bu hastalıklar, tekil genlerdeki, DNA değişikliğinden kaynaklanan genetik bir alt yapıya dayanmaktadır. Hastalığın X e bağlı formu da olduğu için, erkekler kadınlara göre biraz daha fazla etkilenebilir (21). Primer fotoreseptör dejenerasyonu insidansı 1:3000-1:5000 arasındadır. Resesif Retinitis pigmentosa insidansına dayanarak resesif RP taşıyıcılığı oranı yaklaşık 1: 100 dür (24,25). Bu hastalığın dünyada 1.5-2 milyon insanı, ülkemizde de 15-20 bin kişiyi etkilediği sanılmaktadır (26). 2.5.2.2. Klinik Özellikler Hastalar, doğduklarında herhangi bir klinik belirti göstermezler. Bununla birlikte hayatlarının çeşitli dekatlarında semptomlar belirmeye başlar ve zamanla yavaş yavaş tam körlükle sonuçlanır. RP semptomlarına göre evrelenecek olursa: 1- Erken evre: En erken ve başlıca bulgu gece körlüğüdür. Hastaların bazılarında yaşamın ilk yılında başlayıp ikinci dekata kadar öylece kalabilir. Orta şiddette gece körlüğü genellikle genç yetişkin dönemde mevcuttur ve diğer belirtiler de eşlik edebilir. Karanlığa uyum azalmıştır. Karanlık merdiven boşlukları problem yaratır. Hastalar yaşamlarını normal olarak devam ettirirler. İyi aydınlatılmış caddelerde araba kullanabilirler. Esas problem sisli havalarda ve tozlu yollarda çıkar. Bu evrede tanı, aile hikayesi yoksa oldukça zordur. Kemik spikülleri; retina pigment epitelinde değişikliğe 29
uğrayan hücrelerin meydana getirdiği pigmentlerdir. Görme keskinliği iyi, fundus muayenesi normaldir. Kemik spikülleri ya yoktur ya da nadirdir. Retinal arterioller hafif zayıf ya da normaldir. Optik disk normaldir. Ayrıca renkli görmede aynı durumdadır. Elektroretinogram (ERG) bulguları sıklıkla normaldir (27,28). 1- Orta evre: Klinik çerçeve tamamlanmıştır. Gece körlüğü nedeni ile hastalar gece araba kullanamazlar ve karanlık yollarda yürüyemezler. Periferal görme bozulmuştur. Hastalarda sıklıkla yeşil ve mavi renk diskromotopsi görülür. Ek olarak hastalarda ışığa hassasiyet başlamıştır. Özellikle makuler ödem ve orta dereceli foveomakuler atrofi gibi maküler tutulum eşlik ediyorsa, görme keskinliğinde azalma söz konusudur. Subkortikal katarakt görülebilir. Fundus gözlemlendiğine, orta ve uzak periferik retinada RPE ve rod fotoreseptör hücre atrofisi ve incelme mevcuttur. Retina damarları incelmiş ve optik disk orta dercede soluktur (29). 3- Geç evre: Periferal görme tamamen kaybolmuştur. Merkezi görme kon hücreleri korunduğu için tünel görüntüsü şeklinde görme mevcuttur. Hastaların birçoğunda rodlardan sonra kon hücreleride atrofiye uğradığından zaman içerisinde tam körlük gelişmektedir. Fundusta maküler bölgede geniş ve yaygın pigment depositleri, optik diskte gliotik mumsu solukluk mevcuttur. Retina damarları atrofik ve incedir (30,31). 2.5.2.3. Sınıflandırma RP de üç temel kalıtım şekli tanımlanmıştır. Hastaların % 15-20 sinden otozomal dominant ( ODRP ), %20-25 inden otozomal resesif (ORRP ) ve %10-15 inden X e bağlı geçiş (XBRP) sorumlu iken; aile hikayesinin olmadığı simplex ya da izole grup hastaların %40-45 ini oluşturmaktadır (32,33). Hastalığın seyri hastadan hastaya hatta aynı ailenin değişik bireyleri arasında dahi farklılıklar gösterse de, hastalığının seyrinin X e bağlı formda en hızlı, dominant formda en yavaş ve resesif tipte orta şiddette olduğu kabul edilmektedir. Genel kanı X e bağlı RP li hastaların 30-40 lı yaşlarda, ORRP ve izole vakaların 45-60 yaşlarında ve ODRP li hastaların ise 60 yaşlarında görmelerini tamamen kaybedecekleri yönündedir. Bununla beraber bu durum her zaman böyle gerçekleşmeyebilir (23). 30
2.5.2.3.1. Otozomal Dominant Retinitis Pigmentosa (ODRP) ODRP, genellikle rod hücrelerinde yapısal protein rodopsini kodlayan genlerde meydana gelen mutasyonlar sonucu oluşur. Yaklaşık 100 ün üzerinde mutasyon tanımlanmıştır (34). Bunlar sırası ile aşağıda bahsedilmiştir; Rodopsin, 3.kromozomun uzun kolunda kodlanır. RP ye neden olan tanımlanmış mutant proteinler arasında %30 olasılıkla sorumlu tutulan fototransdüksiyon proteinidir (12). Tanımlanan rodopsin mutasyonları içerisinde Pro23His mutasyonu hariç, diğer mutasyonların tamamı sadece çok az bir hasta grubunu etkilemektedir. Rodopsin genindeki delesyon ya da baz değişikleri ile ortaya çıkan mutasyonların tümü hatalı rodopsin sentezine yol açar. İn vitro çalışmalar mutant rodopsin proteininin rod fotoreseptör hücrelerinin GER de depolanarak biriktiğini göstermiştir. Bunun sonucunda mutant tip rodopsinin sitoplazmadan membrana geçişi engellenerek fonksiyon kaybı olmaktadır (23,37). Rodopsin rod dış segment proteinlerinin yaklaşık olarak %90 nı oluşturur (13). Dolayısıyla rodopsin dış segmentleri oluşturan temel proteindir ve hücrenin yapısal bütünlüğünde önemli bir rol oynamaktadır (23). ODRP nedeni olan bir başka gende, karbonik anhidraz (CA4) genidir. Glikozilfosfotidilinositol bağlı bir protein üretir. Gözde koriokapillerde yüksek oranda eksprese edilir. Koriokapillerdeki endotel hücrelerde mutant proteinin fazla miktarda üretimi apoptoz ve iskemi ile sonuçlanmaktadır (23). Kon-rod homeobox (CRX) genindeki mutasyonlar ODRP neden olabilir. CRX, fotoreseptör farklılaşmasında rol oynayan bir transkripsiyon faktörüdür. Fotoreseptörler de ifade edilen farklı genlerin transkripsiyonunu düzenler (23). Bugüne kadar bulunan CRX mutasyonlu RP hastalarının oranı farklı çalışmalarda %1-3 arasında bulunmuştur (35). Faskin proteini (FSCN2), f-aktinlerin hücre uzantıları içinde düzenli olarak demetler halinde çapraz bağlanmasını sağlar. Meydana gelen düzenli aktin mikrofilamentlerinin fotoreseptör disk morfogenezini desteklediği ileri sürülmektedir (23). Faskin mutasyonlarının ODRP ye neden olduğu gösterilmiştir. ODRP li Japon hastalarda FSCN2 geninde görülen mutasyonlar %3 oranında olduğu bildirilmiştir (36). Guanil siklaz aktivatör proteinler GUCA1B kalsiyum bağlayan ve guanil siklazları aktive eder. Bunlar fototransdüsiyon şelalesinin yenilenme basamağında anahtar rolü olan proteinlerdir (23). İnozin monofosfat dehidrogenaz (IMPDH1), ODRP hastalarında yapılan mutasyon tarama çalışmalarında vakaların %2 si bu gende mutasyon taşımaktadır. IMPDH1 31
mutasyonlarının enzim aktivitesini etkilemekten çok proteinin tek zincirli nükleik asit bağlama özelliğini değiştirdiği gösterilmiştir (23). Neural retina leusin zipper (NRL), ODRP den sorumludur ve evrimsel olarak yapısı korunmuş bir transkripsiyon faktörüdür. Protein lösin zipper işlevsel bölgesinden DNA ya bağlanır. NRL, embriyonal gelişim sırasında postmitotik nöronal hücrelerde ve lenste ifade edilir. NRL geninde bulunan mutasyonlar fotoreseptör dejenerasyonuna yol açmaktadır (23). Bu gende yapılan mutasyon taramalarında ODRP hastalarının %1 inden daha düşük oranda NRL bulunmuştur (37,38). Peripherin/ Retinal degeneration slow, (Periferin/RDS) ve rod dış segment membran protein (ROM1), fotoreseptör yapısal bütünlüğünden pek çok protein sorumludur. Periferin/RDS 6.kromozomun kısa kolunda kodlanan yaygın bir transmembran proteindir (18,23) Rod ile kon dış segmentlerinde yerleşim gösterir. Rod dış segmentlerde yer alan diğer bir yapısal protein ise ROM1 dir. 11. kromozomun uzun kolunda kodlanır. Kon larda bulunmaz. Bu iki farklı fakat benzer protein tetramerler oluşturarak fotoreseptör dış segmentinin başlıca yapısal elemanlarını oluştururlar. Periferin/RDS-ROM1 kompleksi disklerin bükülmesinde, disk iç membranı ve plazma membranı arasında ilişki kurulmasında rol oynar (39). Periferin/RDS genindeki patolojik mutasyonların büyük bir kısmı intradiskal büyük ilmektedir. Bu ilmek kon lamella membranları ve rod disklerinin ters taraftan bağlanmasında işlev görmektedir. ODRP, digenik RP hastalıktan sorumlu çok sayıda periferin/ RDS mutasyonu saptanmıştır (23,37). Human homolog of pre-mrna splicing faktör (PRPF3) U4/U6-U5 tri-snrnp kompleksinin bir üyesidir ve bu gende meydana gelen bir mutasyonda ODRP meyadana gelmesi olasılığı yüksektir (23). Retinitis pigmentosa 1 (RP1) geni, ODRP vakalarının yaklaşık olarak %5-10 u RP1 genindeki mutasyonlardan etkilenmektedir. Genin retinadaki fonksiyonu halen bilinmemektedir (23). Semaforin 4A, Semaforinler ailesine ait bir proteindir. Semaforinler, hücre ve çevresel iletişimde önemli rolleri olan büyük bir transmembran protein ailesidir. Sema bu ailede korunan motife verilen isimdir. Semaforin 4A geninde meydana gelen mutasyonların ODRP ve ODCRD ye neden olduğu gösterilmiştir (40). 32
2.5.2.3.2. Otozomal Resesif Retinitis Pigmentosa (ORRP) ORRP ye birçok gen mutasyonu sebep olabilir. Bunlar sıra ile aşağıda bahsedilmiştir; Stargardt hastalığından sorumlu olan, ATP binding cassette taşıyıcı protein (ABCA4) geni, daha sonra yapılan çalışmalarda ORRP den de sorumlu tutulmuştur. Diğer ORRP ye neden olan genlerde olduğu gibi çok az sayıda ORRP hastasında ABCA4 geninde mutasyon gösterilmiştir (41). Seramid kinaz (CERKL) genindeki mutasyonlar, ORRP ya neden olur. Seramid kinazlar sifingolipid metabolitini seramid-1-fosfata dönüştürürler. Bu molekül hücresel yaşam ve apoptozis için anahtar rol oynayan faktörlerdendir. Seramid metabolizması hücre membranları sfingolipidlerce çok zengin olan nöron hücreleri için yaşamsal öneme sahiptir(23). CERKL, Sfingolipid aracılı apoptozis yolağıyla retina dejenerasyonuna neden olduğu gösterilen tek gendir (42). CGMP iyon geçişli kanal protein alfa subünit (CNGA1) ver rod cgmp kapılı iyon geçiş kanalı proteini beta subünit (CNGB1), bir diğer ORRP sebebidir. CGMP kapılı iyon geçiş kanalı proteini üç alt üniteden oluşur. Bunlar alfa, beta ve gama alt üniteleridir. CNGA1, rod cgmp kapılı iyon geçiş kanalı proteini alfa subünit geni, 4. kromozomun kısa kolunda yerleşmiştir (23). Mutasyon taraması yapılan ORRP li hastaların %2-3 ü bu gendeki mutasyonlardan etkilenmektedir. CNGB 1 geni, Rod cgmp kapılı iyon geçiş kanalı proteini beta subünit geni, 16. kromozomun uzun kolunda yerleşmiştir ve ORRP ye neden olur (43). Crumbs homolog- 1 (CRB1) geni, Drosophila melanogaster de bulunan bir proteinin insandaki homoloğudur. Bu benzerlikten dolayı CRB1 in retinada hücre-hücre etkileşiminde ve hücre polaritesinin sağlanmasında rol aldığı düşünülmektedir. Bu gendeki mutasyonlar ORRP nin özel bir tipine neden olur (23,44). Lesitin retinol asetiltransferaz (LRAT), retinoid metabolizmasında rolü olan RPE65 geninin ORRP lerden sorumlu olduğunun gösterilmesinden sonra hemen hemen benzer işleve sahip olan LRAT geninde mutasyonların bulunması araştırıcılar için sürpriz olmamıştır. LRAT geninin protein ürünü retina pigment epitelinde ifade edilir. Vitamin A nın 11-cis retinol e çevrilmesinde görev alır. Biyokimyasal olarak RPE65 proteini ile aynı fonksiyona sahiptir (23). ORRP hastalarının %1 inden daha azında LRAT mutasyonu bulunmaktadır (45). C-mer protoonkogen reseptör tirozin kinaz (MERTK) genindeki mutasyon sonucu ORRP oluşur fakat ORRP hastalarında bulunan mutasyon oranı %1 in altındadır (23). 33
MERTK geninde yapılan çalışmalar fotoreseptör dış segment fagositoz bozukluğunun da retina dejenerasyonuna yol açan bir mekanizmayı başlatabileceğini göstermiştir (46). Nükleer reseptör subfamily grup 2 E3 gen mutasyonları, ORRP ve otozomal resesif S-kon sendromuna Enhanced S-cone syndrome neden olmaktadır. S-kon sendromlu hastalarda mavi renge karşı hassaslık, gece körlüğü ve retina dejenerasyonu vardır. Diğer tipte retina dejenerasyonu olan hastalarda retina fotoreseptörleri giderek azalırken, bu hastalarda konların bir alt populasyonu olan S-konların hassasiyeti ve üretimi normale oranla otuz kat artmaktadır. Kon fotoreseptörlerin sayısında görülen bu artış daha sonra retinanın yapısını bozarak dejenerasyon yolunu açmaktadır. S-kon sendromlu hastaların %94 ünde bu gende mutasyon vardır. S-kon sendromlu hastaların neredeyse tamamı bu gen için bağlantı göstermektedir (23). ORRP olgularının %3-4 ünde cgmp fosfodiesteraz (PDE) enziminin alfa ve beta alt ünitelerini kodlayan genlerde çok sayıda anlamsız ve yanlış anlamlı mutasyon bulunmuştur (19,47). Buradaki mutasyon PDE nin tamamen inaktivasyonuna engel olarak rod hücresinin hassasiyetini azaltır. Gen hedefleme metoduyla PDE gama genleri homozigot olarak mutant yapılan fare modeli fenotip olarak insan RP sini andırır. Doğumdan sonra hızlı bir retina dejenerasyonu gözlenen bu farelerde PDE gama genlerinin mutant olması nedeniyle cgmp PDE nin aktivitesinin artması beklenirken, tam tersine enzimin aktivitesinde azalma olmaktadır. Hayvan modelinde bu tür bir retina dejenerasyonu gözlenirken, yapılan mutasyon tarama çalışmalarında PDE nin gama alt biriminde insan retina dejenerasyonlarına neden olan herhangi bir mutasyon saptanamamıştır (23). Retinal G protein-coupled Reseptör proteini, retina pigment epiteli ve müller hücrelerinde bulunan opsin nin homoloğudur. Bu gende meydana gelen mutasyonlar, ORRP ya neden olabilmektedir (23) Rodopsin mutasyonları, büyük çoğunlukla ve baskın olarak ODRP ye neden olsa da; çok nadir olarak ORRP hastalarında da bulunmaktadır. Şimdiye kadar bu duruma örnek iki vaka bildirilmiştir. Bu hastalardan birinde akraba evliliği sonucu homozigot bir mutasyonla premature protein oluşmaktadır. Diğer hastadaki mutasyonun sonucunda rodopsin molekülü transduksini aktive edememektedir (23,18,31). ORRP olgularının %1 den azında retina dejenerasyonuna neden olan bir diğer gen retinaldehit bağlayıcı protein (RLBP 1) tanımlanmıştır. RLBP 1, retina pigment epitelinde ifade edilir. Retinoid bağlayan bu protein, 11-cis retinal in yenilenmesinde retinoid bağlayıcı protein olarak rol oynar. 11-cis retinol ve 11-cis retinal için substrat taşıyıcı 34
protein olarak davranır. Yapılan diğer bir çalışmada ise bu gendeki splicing hatasına neden olan mutasyonların rod-kon distrofisi ve erken başlayan retina distrofisine neden olduğu bulunmuştur. Bu hastalardaki klinik belirtiler retinol (Vitamin A) eksikliği ile eşdeğerdir. Bu olgularda diğer klasik RP vakalarından farklı olarak daha ağır klinik bulgular mevcuttur (23) Retina pigment epiteli 65 kilodalton protein (RPE65), retina pigment epitel inde ifade edilen bir proteindir. Bu proteini kodlayan RPE65 geni, retina pigment epitelinde ifade edilen total proteinlerin %10 unu oluşturan mikrozomal bir proteini kodlamaktadır. RPE65 proteini retinol bağlama ve 11-cisretinol dehidrogenaz ile ilişkili olan bir proteindir. LRAT geni ile aynı fonksiyona sahiptir. Retinoid metabolizmasında önemli rolleri olan bu proteinlerle olan yakın ilişkisi nedeniyle RPE65 in de retinoid metabolizmasıyla ilgili fonksiyonu üzerinde çalışılmaktadır. Bu gendeki mutasyonlar otozomal resesif çocukluk çağı retina distrofilerine (%2) neden olmaktadır (37,48). Bir çeşit otozomal resesif konjenital gece körlüğü olarak bilinen Oguchi hastalarında ve çok az sayıda ORRP vakasında mutant arrestin proteini saptanmıştır. Arrestin (S Antijen), SAG geninde kodlanır. Arrestin, fotoreseptörlerde aktive olan fototransdüksiyon şelalesinde inhibe edici etkisi vardır. Işıkla transdüksiyonda yenilenme fazında rol alır (23). TUBBY benzeri protein kodlayan TULP1 geninde, resesif mutasyonlar farelerde obesite, sağırlık ve retina dejenerasyonuna neden olmaktadır. Bu gen retinada özgül olarak eksprese edilmektedir; ancak fonksiyonu henüz aydınlatılamamıştır. TULP1 geninde bazı ORRP li hastalarda retina dejenerasyonuna neden olan çok az sayıda mutasyon gösterilmiştir (37). USH2A geni mutasyonları, Usher tip 2A olarak tanımlanan, orta ya da ağır işitme kaybı ile seyreden RP formuna neden olur. Usher sendromu tip 2A, olgularının %62 sinde; bu gende, en az bir mutasyon bulunmaktadır. Hastaların %20 si 2314delG mutasyonu taşıdığı için, bu mutasyon populasyon taramaları için iyi bir adaydır. İşitme kaybı olmayan arrp hastalarında bu gende bulunan mutasyonların oranı % 4-5 oranında olduğu için USH2A şimdiye kadar bulunan genler içerisinde nonsendromik RP den en çok sorumlu tutulan genlerden biridir (37). 35
2.5.2.3.3. X e Bağlı Geçiş Gösteren Retinitis Pigmentosa (XLRP) XLRP olguları, diğer RP hastaları arasında retina dejenerasyonunun en erken belirti vereni ve klinik olarak ağır olan formudur. İlk RP çalışmaları hastalığın X kromozomu ile geçişinin açık şekilde gözlendiği XL (X-bağlı geçiş) olarak tanımlanan aileler üzerine yoğunlaşmıştır. X geçişli kalıtım araştırıcılara bu kromozom üzerinde çalışacaklarına dair açık bir ipucu verir. X geçişli kalıtımın gözlendiği soy ağaçları incelendiğinde kadınların da hastalıktan etkilendiği, fakat etkilenmiş erkek birey sayısının daha fazla olduğu görülür. Bu kalıtım tipinde hasta olan erkekler hastalıklarını erkek çocuklarına geçirmezler. Tipik Retinitis pigmentosa belirtileri gösterseler de ek olarak belirgin parafoveal atrofi eşlik eder (49). Bhattacharya ve arkadaşları ilk X e bağlı geçiş gösteren RP lokusu olarak RP2 yi keşfetmişlerdir. XLRP hastalarının %10-20 sinde RP2 mutasyonu nedeniyle retina dejenerasyonu meydana gelmektedir. RP3 lokusunda XLRP fenotipden sorumlu Retinitis pigmentosa GTPase regulator protein (RPGR), X kromozomunda yerleşim gösteren diğer bir XLRP lokusu olan RP2 nin distal kısmında haritalanmıştır. Bu hastalık grubunda yapılan çalışmalarda RPGR genindeki mutasyonlardan etkilenen XLRP li ailelerin oranı %70 olarak bulunmuştur (23). Görüldüğü üzere herediter retinal dejenerasyonlar olağanüstü derecede heterojendir. Farklı genlerdeki mutasyonlar aynı hastalığa yol açabileceği gibi (genetik heterojenite), aynı gendeki farklı mutasyonlarda aynı hastalığa neden olabilir (allelik heterojenite). Aynı gendeki aynı mutasyon farklı kişilerde farklı klinik belirtilere neden olabilmektedir (klinik heterojenite) (18). 2.5.2.3.4. Digenik Retinitis Pigmentosa Araştırıcılar iki farklı gende birleşik heterozigot mutasyon taşıyan RP hastaları rapor etmişlerdir. Bu genler periferin/rds ve ROM1 genleridir(50). ROM1 proteini periferin/rds geni ile homologdur ve aynı yapısal role sahip olduğu düşünülmektedir. Periferin/RDS ile fonksiyonel bir dimer kompleksi yapar. Bu hastaların ebeveynleri ROM1 ya da periferin/rds genlerinden birinde mutasyon taşıyıp hiç bir patoloji göstermez. Digenik patolojik retina dejenerasyonların gözlenmesi farklı allellerdeki mutasyonların kombinasyonu ile oluştuğundan tek gen bozukluklarından daha komplekstir (18). 36
2.5.2.3.5. Sendromik Retinitis Pigmentosa En iyi çalışılan hastalık grubu resesif geçiş gösteren Usher ve Bardet-Biedl sendromlarıdır: Usher Sendromu: Otozomal resesif geçer ve tipik olarak, geçmiş jenerasyonlar da etkilenen akraba tespit edilemez. Eğer karı ve kocanın duymaları normal ise, hiçbir zaman sıfır olmasa da, herhangi bir çocuğun etkilenme riski azdır. Usher sendromunun sağır populasyondaki sıklığı % 3-6 kadar yüksek olduğu sanılmaktadır. Tip 1 formunda ciddi konjenital sağırlık mevcuttur. İşitme cihazları etkisizdir. Vestibüler disfonksiyon, denge problemleri nedeniyle çocukların 18-20 ay gibi geç bir dönemde yürümelerine neden olur; yürümenin gecikmesi, ayrıntılı testlere gerek kalmadan tanının konmasını sağlar. Vestibüler disfonksiyon erişkinlik yıllarında problemlere neden olur. Geç ergenlik yıllarında vizyon bozukluğu ciddileşir ve fonksiyonel körlük tipik olarak 40 yaşından önce gelişir. Tip 2 formunda işitme cihazları ile kısmi olarak düzeltilebilen sağırlık söz konusudur. Görme kaybı tip 1 den daha yavaş gelişir, fakat herhangi bir yaşta birçok retinitis pigmentosa hastasından daha kötü olabilir. Vestibüler fonksiyon normaldir. Tip 3 formunda ilk kez orta yaşlarda ortaya çıkan progresif görme kaybı söz konusudur. Retinitis pigmentosa progresyonu, Retinitis pigmentosa sı olan ve işitmesinde problem olmayan hastalardan daha hızlı değildir. Bardet-Biedl Sendromu: Pigmenter retinopati ile polidaktili, renal disfonksiyon ve trunkal obezite ile birlikte boy kısalığının görüldüğü otozomal resesif bir hastalıktır. Parmaklar kalındır, fakat uca doğru incelir. Fazla parmaklar genellikle süt çocukluğu döneminde cerrahi olarak alınır. Zeka genellikle normalin altındadır. Hastaların yarısından fazlasında hipogenitalizm vardır. Periferal fundus pigmentasyonu tipik Retinitis pigmentosa olabilir veya sadece kaba RPE granülaritesi görülebilir. Progresif parafoveal maküler atrofi ergenlik yıllarında görme keskinliğini bozabilir. Orta yaşlara gelindiğinde hem görme keskinliği kaybı, hem de görme alanındaki daralma çok ciddi hale gelir. Renal hastalık genelde orta yaşlarda ölüme neden olur ve hastalar genç erişkin yıllarında bile transplantasyon gerektiren böbrek yetmezliği gelişebilir. 37
2.5.3. Retinitis pigmentosa (RP) da Fotoreseptör Hücre Ölümüne Yol Açan Mekanizmalar Birçok fotoreseptör hücre ile ilişkili gende meydana gelen mutasyonlar, hücrelerin fonksiyonunu ya da yapısal bütünlüklerini bozarak hücre ölümüne yol açar (51). RP ye neden olan genetik bozukluk ve hücreye olan etkisi bilinse de, öncelikle rodların daha sonrada konların nasıl ve hangi mekanizma ile öldükleri tam olarak bilinmemektedir (18). Nörodejeneratif hastalıklardan Parkinson, Alzheimer hastalığında ve Down Sendromunda olduğu gibi Retinitis pigmentosa da ki ortak patolojik süreç apoptozistir. İnsanlarda olduğu gibi değişik hayvan RP modellerinde de fotoreseptör hücre ölüm yolunun apoptozis olduğu gösterilmiştir. RP deki asıl gizemli olay ise, genlerde oluşan mutasyonların ne şekilde apoptozise yol açtığıdır. Bulmacanın bir diğer parçası ise, merkezi görmeden sorumlu kon hücrelerin, rod hücrelerinin maruz kaldığı genetik defekten etkilenerek niçin apoptozise uğradığıdır. (23). Membran stabilitesindeki bozukluk, anormal fototransdüksiyon kaskad proteinleri, direkt hücre içi Ca ++ / Na + arasındaki sitotoksik dengesizlikler veya aşırı artmış cgmp seviyeleri, apoptozisle fotoreseptör hücre ölümüne neden olabilir. Başka olasılıklar içerisinde hücrenin metabolik aktivitesini durduran, membran bütünlüğünü bozan basit nekrotik işleyiş vardır ki serbest radikaller, çeşitli toksinler ve enflamatuvar ajanlar tarafından gerçekleştirilir (18). Wagreich ve arkadaşları tarafından yapılmış olan çalışmada, 80 Retinitis pigmentosa lı olguda serum protein elektroforezinde; negatif akut faz reaktanlarından albümin seviyeleri kontrol grubuna göre düşük bulunmuş, akut ve kronik enflamasyonla artış gösteren alfa 1 ve gama globülin bantlarında artış saptanmıştır (52). Bu ve benzeri çalışmalardan yola çıkarak hücreyi apoptozise sürükleyen mekanizmalardan biri kronik enflamasyon olabileceği cevabı hiçte mantıksız bir yaklaşım değildir. RP da ilave bir patolojik durumda daha önce bahsedildiği üzere retinal kan damarlarında zayıflama ve koriokapiller atrofiye neden olan retinal oksijenizasyon bozukluğudur. Ancak bu durumun hastalığın sebeplerinden biri mi, yoksa sonuçlarından biri mi olduğu tam olarak bilinmemektedir. Bununla beraber zayıf oksijenizasyonun myokardial iskemi ve felçlerde apoptozisi etkilediği bilinmektedir. RP de azalmış retinal oksijenizasyonun kısır bir döngü şeklinde fotoreseptör hücre ölümüne katkıda bulunması aynı olasılıktır (23). 38
2.6. Apoptoz Apoptoz mekanizması, uyarana ve hücre tipine göre farklılıklar göstermektedir. Hücre içi uyaranlardan büyüme faktörleri, onkogenler ve tümör hücrelerini baskılayan genlerin (süpresör) apoptozu etkilediği bilinmektedir. Bu uyaranların bazıları, büyüme faktörlerinin geri çekilmesi, sitokinler, hücre içi kalsiyum miktarındaki artış, TNF, TGF-ß, Fas(CD95)/FasL(Fas Ligand) sisteminin aktive olması, DNA hasarı nedeniyle bir tümör süpresör gen olan p53'ün aktive olması, viral-bakteriyal enfeksiyonlar, iskemi, glukokortikoidler ve reaktif oksijen radikalleri (hem mitokondri, hem plazma membranı, hem de genom üzerinde oluşturabileceği hasarlara bağlı olarak) olarak sayılabilmektedir (23,53,54,55). Apopitozda hücreler tek tek etkilenir, hacimce küçülür, komşu hücrelerle temasını kaybederler. Mikrovillus gibi özel yüzey farklılaşmaları ve diğer hücrelerle olan bağlantı yapıları bozulur. Hücresel büzülmenin nedeni, Na +, K +, Cl - taşıyıcı sisteminin durması nedeniyle, hücre içi ve dışı arasındaki sıvı hareketinin olmamasıdır. Elektron mikroskobunda gözlenen değişiklikler de, bu olay hızla gerçekleşirken aynı anda hücrede değişik yüzey çıkıntıları ve kıvrıntıları oluşur. Bunların membranla çevrili olarak hücreden ayrılmasıyla apoptotik cisimler meydana gelir (56,57,58). Endoplazmik retikulum (ER) genişler, hücre zarı sağlamdır ve bütün önemli yapısal değişiklik çekirdekte başlayarak izlenir. Çekirdek zarının altında kromatin materyali yoğunlaşır ve kaba, büyük kümeler yapar. Buralarda nükleer porlar seçilemez. Çekirdek düzensizleşir ve ileri evrelerde nükleer parçalara bölünür. Çekirdekçik genişler ve granülleri kaba kümeler halinde dağılır (59). Birçok hücrede apoptozun erken döneminde, sitozol içerisinde iyonize kalsiyum devamlı yükselir. Kalsiyum apoptozda yapısal değişikliklere neden olan enzimleri aktive eder. Bu enzimler; Kalsiyuma-bağlı Nükleer Endonükleaz: DNA zincirini 180-200 bp lik nükleozomlara parçalar. Bu parçalanma jel elektroforezde karakteristik merdiven görüntüsü verir. Transglutaminaz: Zardaki tomurcuklanma ve parçalara ayrılma olayında transglutaminaz enzimi etkili olmaktadır. Apoptotik hücre morfolojik dejenerasyona başladığı zaman hücre büzülür, küçük parçalara ayrılır ve bu yapılar protein çapraz bağlanmalar ile stabilize edilir. Transglutaminaz, sitoplazmik proteinlerde çapraz bağların 39
oluşmasına neden olur. Nitekim apoptotik hücrelerde deterjanlardan etkilenmeyen protein bir kabuk vardır. Elektron mikroskobunda bu kabuk tomurcuklanma görülebilmektedir (60). Lipid modifiye edici enzimler: İki katlı lipid tabakada fosfolipid asimetrisi, hücre zarının bir özelliğidir. Apopitotik hücrede plasma membranı fosfolipid asimetrisinin kaybolduğu gözlenmektedir. Normalde fosfotidil kolin ve sfingomyelin, fosfolipidlerin baş gruplarının sıkı bir şekilde paketlenmesini sağlar ve hücre dışında yer alır. Buna karşın fosfatidilserin (PS) ve fosfatidil etanolamin iç yüzeyde bulunur. Normal hücrelerde bu asimetri ATP ye bağlı translokaz ile aktif olarak korunmaktadır. Apoptoz sırasında ATP translokaz yetmezliği veya diğer enzim sisteminin aktivasyonu PS nin, dış yüzey tabakaya yerleşmesi ile sonuçlanır. Bu durum, apoptotik cisimciğin fagositozu için bir uyarıdır (61). Şekil 10: Apoptotik bir hücrenin makrofajlar tarafından tanınması (Robbins & Cotran Pathologic Basis of Disease) Oluşan bu apoptotik cisimler hücreler arası doku aralıklarına dağılırlar veya lümene dökülürler. Mononüklear fagositik sistem ile komşu epitel hücreleri tarafından fagosite edilirler. Dokuda 4-9 saat tanınabilir halde kalan apoptotik hücreler daha sonra fagositler içinde birkaç saat görülebilir, sonra da sindirilemeyen materyal olarak kalır. Apoptotik cisimlerin sindiriminde fagositik hücrenin lizozomal enzimleri rol oynar (62,63). Apoptoz mekanizmasında birden fazla kompleks yolaklar mevcuttur. Bunlar; içsel yolak, dışsal yolak, perforin/granzim yolağı, ölüm yolağıdır. 40
2.6.1. Apoptozda İçsel Yolak Mitokondrinin aracılık ettiği içsel apoptozis yolağında, sinyal DNA hasarı ile oluşabilir. p53 aktivasyonu ve stabilizasyonu ile başlatılan içsel yolakta Bcl2 ailesi proteinleri dahil olur. Bir tümör süpresör gen olarak çalışan p53, mutasyona uğradığı ya da bulunmadığı zaman hücre yaşamı uzar. Genotoksik olaylarla oluşan hücre hasarı, bir transkripsiyon regülatör geni olan p53'ü aktive eder. p53 protein ürünü, DNA ya doğrudan bağlanarak hasarı tanıdıktan sonra, ya hücre siklusunun durmasını indükleyerek tamir için gerekli zamanı kazanır ya da hasar fazlaysa apoptoza yönlendirir (59). Apoptoz süreci; DNA hasarına genlerin yanıtı, hücre membranı tarafından ölüm sinyallerinin alınması (Fas ligandı), hücreye doğrudan proteolitik enzim girişi (granzim) olmak üzere üç farklı şekilde işleyebilir. Bu süreçte belli başlı üç anahtar bileşen vardır. Bunlar: Kaspazlar, Bcl- 2 ailesi proteinleri ve apoptozis proteaz ı aktive eden faktör- 1 (Apaf-1) proteinidir (59). Şekil 11: Apoptozda içsel yolak (59) 2.6.1.1. Kaspazlar Kaspazlar programlanmış hücre ölümünün en sondaki etkeni veya cellatıdır. 100 kadar farklı proteini keserek apoptoza neden olur. Kaspazlar, proteinleri yalnızca aspartik 41