Kas Fizyolojisi ve Egzersiz Biyokimyası Laboratuvarı, Egzersiz ve Spor Fizyolojisi Anabilim Dalında yürütülen çalışmaların gerçekleştirildiği bir laboratuvardır.
Toplam vücut ağırlığının yaklaşık %40-45’ini oluşturan iskelet kasları, güç üretimi, hareket ve nefes almadan sorumlu olmanın yanı sıra glisemik kontrol, metabolik genlerin regülasyonu ve metabolik homeostazın korunmasında da kritik bir rol üstlenmektedir. İskelet kaslarının bütünlüğünün korunması, günlük yaşamın sürdürülmesinin ötesinde insülin direnci, obezite ve tip II diyabet gibi metabolik hastalıklardan korunma açısından son derece önemlidir.
Hareketsiz yaşam tarzı, immobilizasyon, denervasyon, yaşlanma, sepsis, kaşeksi, kanser, diyabet, böbrek ve kalp yetmezliği ve uzun süreli glukokortikoid kullanımı gibi çok çeşitli koşullar iskelet kas kütlesi kaybına neden olur. Bu da yaşam kalitesini düşürerek morbidite ve mortaliteyi artırdığı için kas kütlesinin korunması yaşamsal bir önem taşımaktadır. Kas Fizyolojisi ve Egzersiz Biyokimyası Laboratuvarında yürütülen araştırmaların ortak noktası, çeşitli fizyolojik ve patolojik streslere iskelet kasının verdiği yanıtları hücresel ve moleküler düzeyde değerlendirerek iskelet kası atrofisinin önlenmesi, kas kütle ve dayanıklılığının korunması ve geliştirilmesine ilişkin stratejiler geliştirilmesi ve ilgili moleküler mekanizmaların aydınlatılmasıdır. Bu çerçevede laboratuvarımızda insanlarda iskelet kası atrofisine yol açan koşulların taklit edildiği çeşitli deneysel koşullarda ortaya çıkan iskelet kas atrofisinin önlenmesine yönelik stratejiler araştırılmaktadır.
• -80°C Derin Dondurucu (Thermo scientific, Forma 8800 Series)
• -20°C Derin Dondurucu (Thermo scientific, Forma)
• Kar Makinesi (Scotsman AF 80)
• Kuru Isıtıcı Blok (VLM HP2)
• Homojenizatör (Bullet Blender Storm, Next Advance)
• Soğutmalı Santrifüj (Hermle Z 323 K)
• Mikroplaka okuyucu (SpectraMax i3x, Molecular Devices)
• Jel Elektroforezi Sistemi (BioRad 16x20 ve miniblot sistemi)
• Yarı Kuru Transfer Sistemi (Trans-Blot Turbo, BioRad)
• Kemilüminesans Görüntüleme cihazı (BIO-RAD ChemiDoc TMMP Imaging System ve Flour Chem E Protein Simple)
• Real Time PCR (ViiATM 7 Real-Time PCR system, Applied Biosystems, Foster City, CA)
• Termal Döngü Cihazi (Veriti®, Applied Biosystems, Foster City, CA)
• Kriyotom (Shandon Cryotome SME)
Laboratuvarımızda deney hayvanlarında uyguladığımız egzersiz modelleri koşu bandı, gönüllü koşu tekerleği ve yüzme tankında gerçekleştirilen akut ve kronik farklı egzersiz uygulamalarıdır Tek taraflı veya çift taraflı alçı uygulaması, sınırlandırılmış yaşam alanı, arka bacağın yüksüzleştirilmesi gibi çeşitli immobilizasyon modelleri ise kas atrofisini indüklemek için kullandığımız deney hayvanları modelleridir.
Tamamladığımız bir BAP projesi çerçevesinde iki haftalık bilateral alçı yolu ile oluşturduğumuz immobilizasyon, kas protein degradasyonunda temel rol oynayan übikütin-protozom sisteminde (UPS) hız belirleyici moleküllerin (MAFbx ve MuRF1) düzeylerinde önemli ölçüde artışa, protein sentez yolağında kilit rol oynayan moleküllerin (p-Akt, mTOR, vb.) düzeylerinde ise azalmaya yol açmıştır. İmmobilizasyonu takip eden bir haftalık remobilizasyon döneminde tüm vücut titreşimi (TVT) uygulandığında ise, MAFbx ve MuRF1 düzeylerinin anlamlı ölçüde azaldığı görülmüştür. Bu bulgular kullanmama sürecinde TVT uygulamasının iskelet kası atrofisi ile ilişkili sinyal yolaklarını baskılayabileceğini düşündürmektedir. Dolayısıyla laboratuvarımzda deney hayvanlarında TVT uygulaması da deneyim sahibi olduğumuz bir diğer modeldir.
Ayrıca hayvan deneylerinden elde edilen kas, kalp vb doku örnekleri ile insan ve hayvanlardan elde edilen plazma ve serum örneklerinden RTPCR, Western Blotting, ELISA, SDS-PAGE, Histokimya /İmmünohistokimya gibi yöntemler kullanılarak iskelet kası lif tiplemesi ve atrofi/hipertrofinin değerlendirilmesi, kalp kasında fibrozisin belirlenmesi, iskelet kası MHC fenotiplemesi ile ilgi duyulan proteinler ile ilgili mRNA düzeylerinin saptanması, enzim aktivitelerinin belirlenmesi gibi temel biyokimya ve moleküler biyoloji teknikleri uygulanmaktadır.
TUBİTAK PROJELERİ:
TUBİTAK 1001 Projesi: 2018
Tüm Vücut Titreşiminin İmmobilizasyona Bağlı İskelet Kası Atrofisini Önlemesindeki Rolü
Yürütücü: Dr. Şenay Akın
Araştırmacılar: Dr. Haydar Demirel, Dr. Bülent Okan Yıldız, Dr. Nazan Koşar
Uygulamakta olduğumuz bir iskelet kası atrofisi modeli yaşam alanının daraltılması yoluyla oluşturulan atrofi modelidir. Bu model, kullanmama olarak da tanımlanan fiziksel inaktivite veya hastalık, operasyon vb. nedenlerle uzun süreli yatak istirahatine maruz kalınması nedeniyle ortaya çıkan iskelet kası atrofisini mimik etmektedir. Yürütmekte olduğumuz TUBİTAK 1001 projesi ile, tüm vücut titreşiminin sıçan iskelet kasındaki kullanmama atrofisini önleyeceği hipotezi, 7 ve 28 gün olmak üzere iki farklı zaman diliminde test edilmektedir. Böylece, TVT uygulamasının kullanmama yolu ile oluşan kas atrofisine ilişkin sinyal yolaklarında yer alan moleküllerin gen ve protein ekspresyonlarını azaltıp azaltmadığı ve/veya protein sentezine ilişkin yolaklarda yer alan moleküllerin gen ve protein ekspresyonundaki azalmayı engelleyip engellemediği değerlendirilmektedir.
TUBİTAK 1001 Projesi: 2023
BGP-15'in dayanıklılık performansına ve kullanmamaya bağlı iskelet kası atrofisi üzerine etkisi
Yürütücü: Dr. Haydar Demirel
Araştırmacılar: Dr. Şenay Akın, Dr. ilyas Onbaşılar, Dr. Petek Korkusuz, Dr. Emirhan Nemutlu, Uzm. Seda Bingöl Olgaz
BGP-15 T2DM ve insülin direncinin tedavi edilmesi amacıyla geliştirilmiş bir maddedir. Bu proje önerisi, BGP-15'in dayanıklılık kapasitesini geliştireceği ve kullanılmama/immobilizasyonun iskelet kasında meydana getirdiği atrofiyi azaltacağı ve/veya önleyeceği hipotezlerini test etmek amacıyla planlanmıştır.
Bu çalışmada hedeflerimiz;
Bu çalışma, BGP-15'in dayanıklılık performansı ile iskelet kas kütlesi üzerine etkisi ve bu çerçevede WADA'nın sporcular tarafından kullanımı yasaklı maddeler listesinde yer alması için gerekli bilimsel verileri ortaya koyarken, bu maddenin doping kontrol laboratuvarlarında analizine ilişkin yöntemi de literatüre kazandırmış olacaktır. T2DM ve insülin direncinin tedavisi amacıyla klinik faz II çalışmalarına başlanmış olan BGP-15 isimli maddenin, a) dayanıklılık performansı üzerine etkisinin altında yatan moleküler mekanizmalarla birlikte ortaya konması ve b) hacmi küçültülmüş kafes modeli ile oluşturulan immobilizasyon koşullarında kas kütlesini koruyacağına ilişkin elde edeceğimiz veriler bu maddenin WADA tarafından yasaklılar listesine alınarak sporcular tarafından suistimalinin önlenmesine yönelik proaktif bir rol oynanmasını sağlayacaktır. Diğer yandan, iskelet kas atrofisi sporcu olmayan bireylerde de yaşam kalitesinde azalma gibi fonksiyon kayıplarına neden olmakta, morbidite ve mortaliteyi arttırmakta, hastalıklar sonrası toparlanma sürecini uzatarak sağlık sistemine ciddi bir ekonomik yük oluşturmaktadır. Birçok hastalığın oluşumunda mitokondri fonksiyon bozukluğunun rol oynadığı, inaktivite ve sedanter yaşam tarzı başta olmak üzere çok farklı kullanılmama koşullarında iskelet kas atrofisinin görüldüğü düşünüldüğünde bu çalışma bulguları, BGP-15’in sadece performans boyutu açısından değil insan sağlığının korunması açısından da etkilerinin aydınlatılmasına yardımcı olacaktır
TUBİTAK 1002 PROJESİ:
Egzerisizle İndüklenen Hsp72'nin Glukokortikoid Kaynaklı İskelet Kası Atrofisinin Önlenmesindeki Rolü
Yürütücü: Dr. Haydar Demirel
Araştırmacılar: Dr. Şenay Akın, Dr. Bülent Okan Yıldız
Laboratuvarımzda uygulamakta olduğumuz üçüncü bir atrofi modeli ise glukokortikoidler yoluyla ortaya çıkan iskelet kası atrofisidir. Egzersiz iskelet kası atrofisinin önlenmesinde veya azaltılmasında kabul edilen en geçerli yöntemlerden biri olmakla birlikte, hangi mekanizmalarla bunu gerçekleştirdiğine ilişkin bilgiler aydınlatılmış değildir. Bu çerçevede literatür çalışmaları ve kendi verilerimiz, egzersizin iskelet kası atrofisi üzerine etkisinde sıcaklık artışına bağlı olarak indüklenen sıcak şoku proteinlerinin (Hsps) önemli rol oynayabileceğini düşündürmektedir. TUBİTAK tarafından desteklenilmesine karar verilen 1002 projemiz ile egzersizin glukokortikoid kaynaklı iskelet kası atrofisini Hsp72’nin indüklenmesi yoluyla engellediği hipotezi test edilmiştir.
TÜBİTAK BİDEB 2218 - Yurt İçi Doktora Sonrası Araştırma Burs Programı Çerçevesinde Desteklenen Proje : Egzersizle İndüklenen Hsp72’nin Glukokortikoid Kaynaklı Kardiyak Miyopati Üzerine Etkisi
Proje Yürütücüsü: Dr.İnci Tuğçe Çöllüoğlu (Karabük Ü.)
Danışmanlar: Dr. Şenay Akın, Dr. Haydar Demirel
Proje Özeti:
Glukokortikoidler (GC) adrenal korteksden salgılanan bağışıklık düzenleyici hormonlar olup güçlü immünosupresif ve anti-inflamatuvar özellikleri nedeniyle astım, alerjik sorunlar, sepsis, otoimmün hastalıklar ve transplantasyon sonrası organ reddinin önlenmesi gibi patolojik durumlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Tedavi amaçlı GC kullanan hastalarda metabolik ve kardiyovasküler komplikasyonların sıklıkla geliştiği bilinmektedir. GC’ler kalp kasında hücre içi Ca2+ homeostazından sorumlu iyon kanalları üzerine doğrudan etki etmekte ve özellikle uzun süreli ve yüksek dozda GC kullanımı Ca2+ homeostazın bozmasına ve patolojik hipertrofi, fibrozis gibi morfolojik değişikliklerle kardiyak miyopati ve fonksiyon kaybına yol açmaktadır. Bu çerçevede GC’ler kalp kasında özellikle kalsiyumun sarkoplazmik retikuluma (SR) geri alınmından sorumlu SR kalsiyum transport ATPaz 2a’nın (SERCA2a) mRNA ve protein düzeylerinde azalmaya neden olmakta, SR kalsiyum salınım kanalı olan ryanodin kanalları ile sarkolemmada bulunan Na+/Ca2+ değiştirici pompayı (NCX) olumsuz etkilemektedir. Egzersizin, kalp yetersizliği geliştirilen farelerde azalmış SERCA2a ekspresyonunu arttırdığı ve NCX düzeylerini normal düzeylere getirdiği gösterilmiştir. Egzersiz genel olarak kalp yetersizliği olan bireylerde atım hacmi ve kardiyak çıktıyı iyileştirmekte, kardiyomiyositlerde hücre içi Ca2+ dengesini düzenlemekte ve kardiyomiyopati ve kalp yetersizliği tedavisinde non-farmakolojik bir tedavi yöntemi olarak rol oynamaktadır. Egzersizin, hücresel homeostazın korunmasında önemli bir rol oynayan sıcak şoku protein 72 (Hsp72) indüklenmesine neden olduğu ve artan miyokardial Hsp72’nin miyokardı iskemi-reperfüzyon hasarı ve patolojik hipertrofinin de olduğu çeşitli kardiyak olaylardan koruduğu bilinmektedir. Çalışmalar Hsp72 artışının SERCA2a ekspresyonunu arttırdığı ve NCX aktivitesini düzenlediği, Hsp72’nin genetik olarak silinmesinin SERCA2a ekspresyonunda azalmaya yol açtığını bildirmiştir. Kalp dokusunda ortaya konmuş olmamakla birlikte iskelet kasında yapılan bir çalışmada GC’lerin, SERCA’nın fonksiyonları için önemli olan sıcak şoku proteini 72 (Hsp72)’nin sentezinde azalmaya neden olduğunun gösterilmesi, egzersizin kap dokusundaki etkilerini Hsp72 üzerinden gerçekleştiriyor olduğunu düşündürmektedir. Bu proje, dekzametazonun neden olduğu kardiyak fibrozis ve yapısal bozulmanın egzersizle indüklenen Hsp72 tarafından önleneceği hipotezini test etmeyi amaçlamaktadır. Normal oda sıcaklığında yapılanın aksine, soğuk ortamda (4-8°C) yapılan egzersizin Hsp72 indüklenmesine yol açmadığından hareketle bu projede, iki farklı ortam sıcaklığında aynı süre ve şiddette egzersiz yapan sıçanlarda, 28 gün süreyle günde 1mg/kg dozda uygulanan dekzametazonun etkisi kalp kasında değerlendirilecektir. Wistar Cinsi 64 dişi sıçan Kontrol (n=8), Deksametazon (n=8), Soğukta Egzersiz (n=12), Soğukta Egzersiz+ Deksametazon (n=12), Oda Sıcaklığında Egzersiz (n=12), Oda Sıcaklığında Egzersiz+ Deksametazon (n=12) gruplarına atanacaklardır. Bu projeyle egzersizin dekzametazonun yol açtığı kardiyak patolojinin önlemesinin altında yatan mekanizmaların incelenmesi ve özellikle egzersize bağlı artan Hsp72 düzeylerinin, SERCA2a başta olmak üzere Ca2+ homeostazı ile görevli kanal proteinleri ve bazı diğer düzenleyici moleküllerin bu patofizyolojik yolaktaki rolü üzerine etkisi ortaya çıkarılacaktır.
Araştırma laboratuvarımızda iskelet ve kalp kasında farklı çevresel streslerin yol açtığı değişiklikler incelenmektedir. Bu çerçevede araştırma konularımız şunlardır: 1) İnsanlarda iskelet kası atrofisine yol açan koşulların çeşitli deneysel modeller aracılığıyla mimik edilerek iskelet kas atrofisi ve atrofinin önlenmesine yönelik stratejiler geliştirilmesi ve bu stratejilerin etkinliğine ilişkin moleküler mekanizmaların aydınlatılması, 2) Diyabet ve obezite başta olmak üzere inaktivitenin metabolik açıdan neden olduğu patolojik koşulların önlenmesine yönelik mekanizmalar geliştirilmesi, 3) Çeşitli patolojik koşullarda ve ilaç kullanımına bağlı kalp kasında ortaya çıkan miyopatinin önlenmesi ve altında yatan mekanizmaların ortaya konması ve 4) Mitokondri biyogenezini indükleyen çeşitli maddelerin egzersiz performansının geliştirilmesi ve kas atrofisinin önlenmesi üzerine etkilerinin araştırılması
Laboratuvarımızda deney hayvanlarında uyguladığımız egzersiz modelleri koşu bandı, gönüllü koşu tekerleği ve yüzme tankında gerçekleştirilen akut ve kronik farklı egzersiz uygulamalarıdır Tek taraflı veya çift taraflı alçı uygulaması, sınırlandırılmış yaşam alanı, arka bacağın yüksüzleştirilmesi gibi çeşitli immobilizasyon modelleri ise kas atrofisini indüklemek için kullandığımız deney hayvanları modelleridir.
Tamamladığımız bir BAP projesi çerçevesinde iki haftalık bilateral alçı yolu ile oluşturduğumuz immobilizasyon, kas protein degradasyonunda temel rol oynayan übikütin-protozom sisteminde (UPS) hız belirleyici moleküllerin (MAFbx ve MuRF1) düzeylerinde önemli ölçüde artışa, protein sentez yolağında kilit rol oynayan moleküllerin (p-Akt, mTOR, vb.) düzeylerinde ise azalmaya yol açmıştır. İmmobilizasyonu takip eden bir haftalık remobilizasyon döneminde tüm vücut titreşimi (TVT) uygulandığında ise, MAFbx ve MuRF1 düzeylerinin anlamlı ölçüde azaldığı görülmüştür. Bu bulgular kullanmama sürecinde TVT uygulamasının iskelet kası atrofisi ile ilişkili sinyal yolaklarını baskılayabileceğini düşündürmektedir. Dolayısıyla laboratuvarımzda deney hayvanlarında TVT uygulaması da deneyim sahibi olduğumuz bir diğer modeldir.
Ayrıca hayvan deneylerinden elde edilen kas, kalp vb doku örnekleri ile insan ve hayvanlardan elde edilen plazma ve serum örneklerinden RTPCR, Western Blotting, ELISA, SDS-PAGE, Histokimya /İmmünohistokimya gibi yöntemler kullanılarak iskelet kası lif tiplemesi ve atrofi/hipertrofinin değerlendirilmesi, kalp kasında fibrozisin belirlenmesi, iskelet kası MHC fenotiplemesi ile ilgi duyulan proteinler ile ilgili mRNA düzeylerinin saptanması, enzim aktivitelerinin belirlenmesi gibi temel biyokimya ve moleküler biyoloji teknikleri uygulanmaktadır.