Genetik absans epilepsi (GAERS) deneysel modelinde korteks membran proteomlarının incelenmesi


Thesis Type: Doctorate

Institution Of The Thesis: Marmara Üniversitesi, Turkey

Approval Date: 2011

Thesis Language: Turkish

Student: Başak Yüce Dursun

Consultant: AYŞE OGAN

Abstract:

GENETİK ABSANS EPİLEPSİ (GAERS) DENEYSEL MODELİNDE KORTEKS MEMBRAN PROTEOMLARININ İNCELENMESİ Epilepsi günümüzde, kendiliğinden oluşan ve tekrarlayan nöbetler ile tanımlanmaktadır. Her yaşta gerçekleşebilen, normal beyin fonksiyonunun önceden tahmin edilemeyen ve tekrarlayan kesintilere uğraması şeklinde karakterize edilen bir beyin hastalığıdır. Epilepsi üzerinde uzun yıllar sürdürülen çalışmalara rağmen, bu durumun altında yatan moleküler mekanizmalar hakkındaki bilgiler hala sınırlıdır. Epilepsi durumunda çeşitli reseptörler, iyon kanalı proteinleri ve beyindeki haberleşme mekanizmalarında yer alan proteinler üzerindeki değişiklikler, çeşitli protein analiz yöntemleri kullanılarak incelenmektedir. Membran proteinleri, hücresel proteinlerin önemli bir kısmını oluştururlar. Hücre adhezyonu, sinyal iletimi, iyon ya da metabolit taşınımı gibi hücresel işlemlerde anahtar rol oynarlar. Bu nedenle de ilaç gelişimi için önemli hedeftirler. Aynı zamanda membrana bağlı çeşitli iyon kanallarında meydana gelen değişikliklerin epilepsi ile ilişkisi olduğu düşünülmektedir. Proteomiğin geniş ölçekte amacı, protein haritasını ve bu haritanın biyolojik fonksiyonlarını araştırmak, bunun sonucunda da yeni ilaç hedeflerini ve tanılayıcı belirteçleri ortaya koymaktır. Bir biyolojik sistemdeki proteinleri, bu proteinlerin yapılarını, etkileşimlerini ve post-translasyonel modifikasyonlarını belirlemeyi sağlayan, aynı zamanda spesifik hastalıklar ya da toksik ajanlar gibi dış etkenlerle indüklenen durumlarda ortaya çıkan farklılıkların araştırılması için kullanılan güçlü bir tekniktir. Bu teknikte proteinler önce iki boyutlu elektroforez ile izoelektrik noktalarına (pI) ve molekül ağırlıklarına göre ayrılır ve daha sonra jelden kesilen proteinler kütle spektrometresi ile tanımlanırlar. Bu çalışmada, absans epilepsi genetik sıçan modeli olan “Genetic Absence Epilepsy Rats from Strasbourg; GAERS” beyin korteks dokusu membran proteinleri proteomik teknolojisi kullanılarak incelenmiştir. Doku örneklerindeki proteinler iki-boyutlu jel elektroforezi tekniği ile ayrılmıştır. Kontrol ve GAERS gruplarında anlamlı olarak ekspresyon farklılığı gösteren protein spotları PDQuest iki-boyutlu jel analiz yazılımı ile belirlenmiş ve MALDI TOF/TOF ile tanımlanmıştır. Tanımlanan proteinler sırasıyla; ısı-şok kognat 71 kDa proteini, albümin, 60 kDa ısı-şok proteini, aktin, 14-3-3 protein epsilon izoformu, guanin nükleotit bağlayıcı protein altünite beta-1, L-laktat dehidrojenaz B zinciri ve malat dehidrojenazdır. Tanımlanmış olan bu proteinlerden, albümin, 14-3-3 protein epsilon izoformu ve L-laktat dehidrojenaz B zinciri ekspresyonları GAERS grubunda artış gösterirken, diğer proteinlerin ekspresyonları azalma göstermektedir. ABSTRACT INVESTIGATION OF CORTEX MEMBRANE PROTEOMES IN GENETIC ABSENCE EPILEPSY (GAERS) EXPERIMENTAL MODEL Epilepsy is defined by spontaneous and recurrent seizures. It is a brain disorder, can occur at all ages and characterized by unpredictable and recurrent disruption of normal brain function. Despite long-term studies, the progress of understanding, molecular mechanisms underlying epilepsy have been still limited. In case of epilepsy, changes in various receptors, ion channel proteins and proteins that exist in brain communication mechanisms have been investigated by many protein analysis techniques. Membrane proteins, constitute a significant proportion of the cellular proteins and play key functions in many cellular processes including cell adhesion, signal transduction, ion or metabolite transport. Therefore, they are important targets for drug development. Also the differentiation in protein expressions of membrane bound ion channel proteins are thought to be associated with epilepsy. The goal of proteomics in broad perspective is to investigate the protein maps and their biological functions and consequently to detect novel drug targets and diagnostic markers. It is a powerful technique that is used for the investigation of changes of proteins in a biological system, their structures, interactions, post-translational modifications, and in particular the changes in their levels and their modifications, which are resulting from specific diseases or induced by various external factors, such as toxic agents. In this technique, proteins are first separated by two-dimensional electrophoresis on the basis of their pI’s and molecular sizes and then identified by mass spectrometry. In this study, membrane protein expressions of brain cortex tissue in a genetic rat model of absence epilepsy “Genetic Absence Epilepsy Rats from Strasbourg; GAERS” have been investigating by using proteomics technology. Proteins from tissue samples were isolated and separated by two-dimensional gel electrophoresis technique. Protein spots that showed significant differences in protein expression between control and GAERS groups were detected by PDQuest two-dimensional electrophoresis analysis software and identified by MALDI TOF/TOF. Identified proteins were heat shock cognate protein 71 kDa, albumin, 60 kDa heat-shock protein, actin, 14-3-3 protein epsilon isoform, guanine nucleotide binding protein subunit beta-1, L-lactate dehydrogenase B chain and malate dehydrogenase, respectively. Expressions of albumin, 14-3-3 protein epsilon isoform and L-lactate dehydrogenase were upregulated, while expressions of other proteins were downregulated in GAERS.