Effects of aging, diet and potential genetic interventions on the levels of SMURF2 and its interacting partners in zebrafish (danio rerio) brain

Yaşlanma, bir organizmadaki çok sayıda içsel ve dışsal değişikliğin nihai birleşimi olan doğal bir süreçtir. Yaygın inancın aksine, beyin yaşlanmasının nöron kaybı olmadığı, küçük hücresel ve sinaptik değişikliklerin beyin yaşlanmasına katkıda bulunduğu gösterilmiştir. Bu nedenle moleküler ve hücresel değişiklikler beyin yaşlanma sürecine daha fazla ışık tutabilir. Genomik kararsızlık, telomer yıpranması, hücresel yaşlanma gibi yaşlanmanın bazı ayırt edici özellikleri vardır, bu özellikler farklı organizmalarda gözlenen ortak özelliklerdir. Smurf2 gibi yaşlanmanın ayırt edici özelliklerinden birden fazlasını düzenleme becerisine sahip olan bazı ortak faktörler vardır. HECT-domain E3 ubikuitin ligaz Smurf2, birçok hücresel işlemde, telomer yıpranması ve hücresel yaşlanma gibi, önemli rollere sahiptir. Ayrıca yaşlı beyinde gen ekspresyonu daha yüksektir. Smurf2 hakkında birçok yayın olmasına rağmen, çoğu kanserdeki rolüne odaklanmıştır. Bu sebeplerle Smurf2 seviyelerinin beyin yaşlanması açısından incelenmesi gerektiğine inanıyoruz. Çalışmanın ilk amacı, Smurf2'nin ve etkileşimde bulunduğu ortaklarının seviyelerini yaşam boyu incelemekti. Smurf2 protein seviyesi tüm zebrabalığı beyninde önemli ölçüde artmamış olsa da, protein seviyesi telensefalon ve beyincikte (serebellum) önemli ölçüde artmıştır. Ayrıca, hücre içi protein fraksiyonasyonu, sitozolik kısımda zenginleştirilmiş bir Smurf2 seviyesi göstermiştir. Gen ekspresyon seviyeleri durumunda, smurf2 seviyesi yaşlı tüm beyinde önemli ölçüde daha yüksekken, telensefalon ve beyincikte ekspresyonu yaşlanma sırasında azalmıştır. Ayrıca yaşlı telensefalonda mdm2, ep300a ve sirt1 seviyeleri gençlere göre daha düşüktü. Çok değişkenli analize göre, Smurf2 aracılığıyla ubikuitin ekleme, ep300a aracılı asetilasyon ve Sirt1 aracılı deasetilasyon arasında potansiyel bir denge vardır, ancak ilerleyen yaşla birlikte bu denge bozulabilir ve diğer düzenleyici genlerin de hücresel stabiliteyi sürdürmek için rol alması gerekebilir. İkinci amaç, Smurf2'nin beyin yaşlanmasındaki rolünü, indüklenebilir knockin, stabil knockout veya geçici knockdown gibi genetik müdahaleler yardımıyla araştırmaktı. Kararlı knockin ve knockout modellerinin daha detaylı araştırmasından önce genotiplenmesi gerektiğinden, etkili ve güvenilir bir metot bulmak için genotipleme ve fenotipleme yöntemleri kullanıldı. Ayrıca, Vivo-morfolino aracılığıyla geçici knockdown, yetişkin beynine uygulandı ve Smurf2'nin hem genç hem de yaşlı zebra balığı üzerindeki etkilerini incelemek için iki farklı morfolinonun en etkili olduğu enjeksiyon sonrası süreleri belirlendi. Son olarak, diyet rejimleri ve farmakolojik bileşikleri içeren genetik olmayan müdahalelerin, smurf2 ve etkileşim ortaklarının gen ekspresyonu ve nöronal ve proliferasyon/senesans proteinlerinin seviyeleri üzerindeki etkilerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Zıt kısa süreli diyet rejimleri, aşırı besleme ve kalori kısıtlaması, nöronal proteinlerin, HuC ve DCAMKL1, düzeylerini ve bunların yaşlanma sırasında proliferasyon ve yaşlanma proteinleri ile ilişkisini değiştirdi. Ayrıca, tp53 dışındaki etkileşimli partnerlerinin ve smurf2'nin gen ekspresyon seviyeleri, beslenme rejimlerinden ve yaşlanmadan etkilenmemiştir. Ayrıca, çok değişkenli analiz, smurf2, mdm2, ep300a ve sirt1 arasındaki ilişkinin, diyet rejiminden bağımsız olarak hem genç hem de yaşlılarda korunduğunu göstermiştir; bu, yaşlanma sırasında hücresel stabiliteyi sağlamak için ubikuitin ekleme, asetilasyon ve deasetilasyon arasındaki dengenin korunduğu anlamına gelebilir. Ayrıca, HECT E3 ligazlarının bir inhibitörü olan heclin, Smurf2 aktivitesini inhibe etmek için kullanıldı. Yetişkin zebra balıklarında kullanılmadan önce, etkilerini görmek için embriyolara heclin uygulandı. Heclin dozunun artması hayatta kalma oranını düşürdü ve bazı genlerin ekspresyon seviyelerini büyük ölçüde değiştirdi. Bu nedenle, yetişkin beynine orta doz heclin uygulanmalı ve hedef dışı, spesifik olmayan etkiler yerine hedef etkileri gözlemlemek için nöronal belirteçler incelenmelidir. Birlikte ele alındığında, Smurf2 yaşlanma sırasında potansiyel rollere sahiptir ve beyin yaşlanma sürecini ve muhtemelen yaşa bağlı bilişsel gerilemenin ortaya çıkışını geciktirmek için umut verici bir hedef olabilir.