SOD1 mutasyonlu ALS sıçanlardaki biyokimyasal parametrelerin semptom öncesi ve semptomlardan sonraki dönemde incelenmesi

Amyotrofik lateral skleroz (ALS) en yaygın olarak görülen erişkin dönem başlangıçlı motor nöron hastalığıdır ve dünya çapındaki ALS vakalarının sayısı artış göstermektedir. ALS vakaları ailesel (fALS) ve sporadik (sALS) olarak ikiye ayrılır, sALS vakaların 90-95 %'u kadar iken, fALS vakaların 5-10 %'unda görünmektedir. ALS için herhangi bir tedavi yöntemi bulunmamaktadır, ancak riluzole ve edaravone onaylanmış iki ilaç olarak hastalığın ilerlemesinin yavaşlatılması için kullanılmaktadır. ALS'nin klinik teşhisi belirleyici prognostic biyobelirteçler ve hastalığın belirlenmesine yönelik testler olmaması nedeniyle zor ve zaman alıcıdır, ancak riluzole ve edaravone ise ancak hastalığın erken evrelerinde etkilidir. Bu nedenle ALS'nin hızlı ve doğru klinik teşhisi için kan ve serumda uygun biyobelirteçlerin belirlenmesi hayati önem taşımaktadır. Ayrıca yeni tedavisel yaklaşımlar ALS'nin tedavisi ve hastaların yaşam kalitesinin arttırılması için gereklidir. Bu çalışmada SOD1 G93A mutasyonlu (SOD1G93A), insan SOD1G93A proteini eksprese eden albino transgenik erkek ve dişi sıçanlar Taconic firmasından NTac: SD-Tg(SOD1G93A) L26H kodu ile alındı. Sıçanlar çiftleştirildiler ve genotiplemeden sonra SOD1WT ve SOD1G93A erkek sıçanlar belirlendi ve deneyler için kullanılmak üzere takibe alındılar. Sıçanlar ilk olarak yaşa bağlı olarak 0 (40-45 günlük), A (70-75 günlük), B (günlük), C (110-115 günlük) ve D (130-135 günlük) beş gruba ayrıldı ve her grup kendi içinde genotipe bağlı olarak doğal fenotip (SOD1WT) ve SOD1 G93A mutasyonuna sahip olanlar (SOD1G93A) olarak ikiye ayrıldı. 0, A ve B grupları semptom öncesi gruplar olarak belirlenirken, C grubu ALS'nin semptomatik erken evrelerine işaret ederken, D grubu ise semptomatik geç evrelere işaret etmektedir. İlk olarak kan ve serumdaki muhtemel biyobelirteçler SOD1WT ve SOD1G93A grupları arasında karşılaştırılmalı olarak ve yaşlılık etkeni elimine edilerek araştırıldı. Bu şekilde gelecekte ALS'nin tanı ve teşhisinde kullanabilecek, aynı zamanda hastalığın seyri hakkında fikir verebilecek muhtemel biyobelirteçlerin bulunması amaçlanmıştır. Alkalin fosfataz (ALKP), alanin aminotransferaz (ALT), amilaz, kalsiyum (Ca), kolesterol, kreatinin, glukoz, fosfat, toplam bilirubin (TBIL), toplam protein (TP), kan üre nitrojeni (BUN) ve globulin seviyeleri serum biyobelirteçleri incelendi. Kolesterol, kreatinin, TP, TBIL, BUN, glukoz, fosfat ve kalsiyum seviyeleri SOD1G93A sıçanlarda SOD1WT sıçanlara kıyasla istatistiksel olarak anlamlı bir şekilde farklılık gösterdi, bu nedenle bu parametreler ALS'nin semptom öncesi ve semptomatik dönemlerinde hastalığın prognoz ve ilerlemesini işaret eden biyobelirteçler olarak kullanılabilir. Bunlara ek olarak akyuvar (WBC), lenfosit (LYM), monosit yüzdesi (MID), granülosit (GRAN), kırmızı kan hücreleri (RBC), hemoglobin (HGB), hematokrit (HCT), ortalama hücresel hacim (MCV), ortalama eritrosit hemoglobini (MCH), ortalama eritrosit hemoglobin konsantrasyonu (MCHC), eritrosit dağılım genişliği-standart sapma ile (RDW-SD), eritrosit dağılım genişliği-varyasyon katsayısı ile (RDW-CV), platelet sayısı (PLT), ortalama platelet hacmi (MPV), platelet dağılım genişliği (PDW), prokalsitonin (PCT) ve trombosit büyük hücre oranı (P-LCR) kan örneklerinde muhtemel biyobelirteçler olarak incelendi. WBC, LYM, GRAN, RBC, HGB, HCT ve MCH oranları SOD1G93A sıçanlarda SOD1WT sıçanlara oranla bozulma gösterdiği için bu parametrelerin ALS'de nöro-enflamatuvar ve bozulan immün sistemi işaret eden biyobelirteçler olarak kullanılabileceği bulundu. Ayrıca, MCV, MCH, MCHC, RDW-SD, RDW-CV, PLT, MPV, PDW, PCT ve P-LCR seviyeleri SOD1G93A ve SOD1WT sıçanlar arasında istatistiksel olarak anlamlı bir şekilde bozulduğu literatürde ilk defa bizim çalışmamızda gösterildi, bu nedenle daha ileri çalışmalar hastalarda devam ettirilip ALS'nin teşhisinde biyobelirteç olarak kullanılabilir. Glukagon, glikoz, c-peptit, peptit YY (PYY) ve monosit kemotaktik protein (MCP-1) seviyelerinin SOD1G93A sıçanlarda semptom öncesi dönemlerden başlayarak değiştiği bulunmuştur. Belirtilen parametreler bozulmuş glikoz ve enerji metabolizmasına işaret ettiği için ALS'nin teşhisinde kullanabilirler. Diğer taraftam serum demir (Fe), çinko (Zn), kalsiyum (Ca), potasyum (K), magnezyum (Mg) ve sodyum (Na) parametreleri de are SOD1G93A sıçanlarda istatistiksel olarak değişim gösterdiği saptandı. SOD1G93A mutasyonlu sıçanlarda akciğer, spinal kord, beyin ve karaciğer dokularında doku hasarına işaret eden histopatolojik değişimler gözlendi. Diğer yandan merkezi sinir sisteminin (CNS) tamiri ve remiyelinizasyonundan sorumlu olan OLIG2 pozitif hücrelerin sayısı SOD1G93A ve SOD1WT sıçanların beyin ve spinal kord dokularında istatistiksel olarak anlamlı olarak değiştiği gözlemlendi. Glukoz 6-fosftat dehidrogenaz (G6PD), 6-fosfoglukonat dehidrogenaz (6-PGD), glutatyon redüktaz (GR), glutatyon s-transferaz (GST), katalaz (CAT), süperoksit dismutaz 1 (SOD1), izositrat dehidrogenaz 1 (IDH1), izositrat dehidrogenaz 2 (IDH2) ve izositrat dehidrogenaz 3 (IDH3) enzimleri oksidatif stres, pentoz fosfat (PPP) yolağı ve glikoliz metabolizmalarının değerlendirilmesi için hem mitokondri hem de sitozolde ölçüldü. Beyin, spinal kord, karaciğer ve akciğer dokularında bozulmuş antioksidan metabolizma, artan oksidatif stres, PPP yolağında dengesizlikler ve glikoliz yolağında bozulmalar gözlendi. Ayrıca bu dokularda monomerik SOD1G93A proteinlerinin birikimi gözlendi ve bu birikimin ALS'nin oluşumuna neden olabileceği gösterildi. Ayrıca SOD1G93A sıçanların beyin dokusunda asetiklolin metabolizmasının bozulduğu azalan asetilkolinesteraz (ACHE) aktivitesi ve artan kolin asetil transferaz (ChAT) aktivitesi ile belirlendi. Tüm bulgular sonucunda literatürde ilk kez serum ve kanda muhtemel biyobelirteçler belirlendi ve bu biyobelirteçlerin ALS'nin teşhis ve ilerlemesinde kullanılabileceği yaşlılığın etkisi elimine edilerek gösterildi. Ayrıca monomerik SOD1G93A birikiminin çok erken semptom öncesi dönemlerde de (0 ve A) SOD1G93A sıçanların böbrek, karaciğer, beyin, spinal kord ve akciğer dokularının hem mitokondri hem de sitoplazmasında gösterildi. Ayrıca bu SOD1G93A birikimlerinin bulunduğu dokuların hem sitoplazma hem de mitokondrilerinde glikoliz, PPP ve oksidatif stres yolaklarında bozulmalar meydana geldiği saptanmıştır. Ayrıca oksidatif stress ve PPP metabolizmaları daha az etkilenen testis, böbrek ve kalp gibi organlarda doku hasarına işaret eden histopatolojik değişimler gözlenmemiştir. Sonuç olarak çalışmamızın sonuçlarına göre serum ve kanda belirttiğimiz biyobelirteçler ALS hastalığının hızlı ve etkili teşhisinde kullanılabilir. Ayrıca oksidatif stress, PPP ve glikoliz yolakları ALS hastalığının teşhisinde hedef yolaklar olarak kullanılarak, bu yolakların iyileştirilmesi hedeflenerek yeni tedavisel yaklaşımlar geliştirilip ALS tedavisinde kullanılabilir.