Kas Fizyolojisi ve Egzersiz Biyokimyası Laboratuvarı

Hakkında

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.

Araştırma Olanakları

•    -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)
 

Araştırmacılar

  • Prof.Dr. A. Haydar Demirel
  • Doç.Dr. Şenay Akın
  • Dr.Öğretim Üyesi İnci Tuğçe Çöllüoğlu (Misafir Öğretim Üyesi, Karabük ÜniversitesiTıp Fakültesi Kardiyoloji Anabilim Dalı )
  • Dr. Levend Karaçoban (Spor Hekimliği Uzmanlık öğrencisi)
  • Ümit Hayta (Doktora Öğrencisi)
  • İrem Güngör (Yüksek Lisans)
  • Kağan Mert Güleç (Yüksek Lisans)
  • Eda Aytekin (Stajer, 2022 Haziran, Bilkent Üniversitesi Moleküler Biyoloji Bölümü öğrencisi)
     

Tamamlanan ve yürütülen TUBİTAK projeleri

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 projeleri:

Tübitak 1001 Projesi

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.

Tübitak 1002

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

Tamamlanan ve yürütülen BAP Projeleri

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.

  • 014 D01 407 001 -501 (Destek) Uzun süreli yüzme egzersizinin genç ve yaşlı sıçanlarda kalp kası antioksidan savunma mekanizması ve sitokinler üzerine etkisi
  • TED-2017-15076 (Etkinlik Katılım) Tüm Vücut Titreşimi ve İmmobilizasyonun Protein Sentez ve Yıkım Yolakları Üzerine Etkisi
  • THD-2017-13130 (Hızlı Destek) Akut Uzun Süreli Doğa Koşusunun Plazma Miyokin Seviyelerine Etkisi
  • TYL-2016-8835 (Y.Lisans) Sıçan İskelet Kasında Tüm Vücut Titreşimi ve İmmobilizasyonun Miyozin Ağır Zinciri Profili ve HSP72 Düzeylerine Etkisi

Yayınlar

 

  • Akin S., Esra Gucuk-Ipek, Umit Hayta , Irem Gungor,  Kubat GB., Akin Y., Guray U.,  Demirel HA. Long-term Dexamethasone Treatment Increases Cardiac Galectin-3 Levels. Cardiovascular Drugs Therapy. 2022 May 13.  DOI: 10.1007/s10557-022-07344-w
  • Akin S., Kubat GB., Guray U., Akin Y., Demirel HA. Possible Value of Galectin-3 on follow-up of cardiac remodeling during Glucocorticoid treatment. Journal of Biochemical and Molecular Toxicology.  2021. 10.1002/jbt.22717
  • Akin S., Kubat GB., Demirel HA. Exercise, mitochondrial biogenesis and disuse-induced atrophy. Turkish Journal of Sports Medicine. Yayına kabul edildi.
  •  Akin Ş., Ozerklig B., Demirel H.A. Egzersize Bağlı Rabdomiyoliz. Sporcularda Görülen Çeşitli Sağlık Sorunları. 1. Baskı. Ankara: Türkiye Klinikleri; 2020. p.13- 8.
  •  Yargic MP., Torgutalp S., Akin S., Babayeva N., Torgutalp M., Demirel AH. Acute long-distance trail running increases serum IL-6, IL-15, and Hsp72 levels. Appl Physiol NutrMetab. 2018; 10.1139/apnm-2018-0520.
  • Akin Ş., Ozerklig B., Turkel I., Demirel H.A. İskelet Kas Kütlesini Düzenleyen MolekülerMekanizmalar. Türk Spor Hekimliği Dergisi, 10.5152/tjsm.2019.125.
  • Akin Ş., Donmez G., Ozdemir M., Demirel H.A. Tüm Vücut Titreşimi İmmobilizasyon ileAzalan AMPK Aktivasyonunu Arttırır mı? Türk Spor Hekimliği Dergisi 2018,10.5152/tjsm.2018.107.
  • Akin Ş., Demirel H.A. Sarkopeni ve Egzersiz. Turkiye Klinikleri J Sports Med-SpecialTopics 2017;3(2):136-42.
  • Utku B., Akin S. Eksantrik Egzersizler ve Spor Yaralanmalarından Korunmadaki Yeri.Turkiye Klinikleri J Sports Med-Special Topics 2017;3(3):233-39. Akin Ş., Demirel H.A. İskelet Kası Uydu Hücreleri ve Kas
  • Rejenerasyonundaki Yeri.Turkiye Klinikleri J Sports Med-Special Topics 2017;3(3):227-32.
  • Akin Ş., Naito H., Ogura Y., Ichinoseki-Sekine N., Kurosaka M., Kakigi R., Demirel H.A.Short-term treadmill exercise in a cold environment does not induce adrenal Hsp72 and Hsp25 expression. J Physiol Sci, 2017, 67(3):407-413.
  •  Utku B., Dönmez G., Erişgen G., Akin Ş., Demirel H.A., Korkusuz F., Doral M.N. Meloxicam and diclofenac do not change VEGF and PDGF-ABserum levels of platelet-rich plasma. Turk J Med Sci. 2017, 47(2):570-576.
  • Dönmez G., Doral M.N. Suljevic S., Sargon M.F. Bilgili H., Demirel H.A. Effects of immobilization and whole-body vibration on rat serum Type I collagen turnover. Acta Orthop Traumatol Turc.  2016, 50(4):452-7.
  • Gucuk Ipek, E., Akin-Suljevic, S., Kafes, H., Basyigit, F., Karalok, N., Guray, Y., Dinc Asarcikli, L., Acar, B., Demirel, H. Evaluation of galectin-3 levels in acute coronary syndrome. Annales de Cardiologie et d’angeiologie, 2015; 65(1):26-30.

Bağlantılar

Hakkında

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.

Araştırma Olanakları

•    -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)
 

Araştırmacılar

  • Prof.Dr. A. Haydar Demirel
  • Doç.Dr. Şenay Akın
  • Dr.Öğretim Üyesi İnci Tuğçe Çöllüoğlu (Misafir Öğretim Üyesi, Karabük ÜniversitesiTıp Fakültesi Kardiyoloji Anabilim Dalı )
  • Dr. Levend Karaçoban (Spor Hekimliği Uzmanlık öğrencisi)
  • Ümit Hayta (Doktora Öğrencisi)
  • İrem Güngör (Yüksek Lisans)
  • Kağan Mert Güleç (Yüksek Lisans)
  • Eda Aytekin (Stajer, 2022 Haziran, Bilkent Üniversitesi Moleküler Biyoloji Bölümü öğrencisi)
     

Tamamlanan ve yürütülen TUBİTAK projeleri

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 projeleri:

Tübitak 1001 Projesi

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.

Tübitak 1002

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

Tamamlanan ve yürütülen BAP Projeleri

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.

  • 014 D01 407 001 -501 (Destek) Uzun süreli yüzme egzersizinin genç ve yaşlı sıçanlarda kalp kası antioksidan savunma mekanizması ve sitokinler üzerine etkisi
  • TED-2017-15076 (Etkinlik Katılım) Tüm Vücut Titreşimi ve İmmobilizasyonun Protein Sentez ve Yıkım Yolakları Üzerine Etkisi
  • THD-2017-13130 (Hızlı Destek) Akut Uzun Süreli Doğa Koşusunun Plazma Miyokin Seviyelerine Etkisi
  • TYL-2016-8835 (Y.Lisans) Sıçan İskelet Kasında Tüm Vücut Titreşimi ve İmmobilizasyonun Miyozin Ağır Zinciri Profili ve HSP72 Düzeylerine Etkisi

Yayınlar

 

  • Akin S., Esra Gucuk-Ipek, Umit Hayta , Irem Gungor,  Kubat GB., Akin Y., Guray U.,  Demirel HA. Long-term Dexamethasone Treatment Increases Cardiac Galectin-3 Levels. Cardiovascular Drugs Therapy. 2022 May 13.  DOI: 10.1007/s10557-022-07344-w
  • Akin S., Kubat GB., Guray U., Akin Y., Demirel HA. Possible Value of Galectin-3 on follow-up of cardiac remodeling during Glucocorticoid treatment. Journal of Biochemical and Molecular Toxicology.  2021. 10.1002/jbt.22717
  • Akin S., Kubat GB., Demirel HA. Exercise, mitochondrial biogenesis and disuse-induced atrophy. Turkish Journal of Sports Medicine. Yayına kabul edildi.
  •  Akin Ş., Ozerklig B., Demirel H.A. Egzersize Bağlı Rabdomiyoliz. Sporcularda Görülen Çeşitli Sağlık Sorunları. 1. Baskı. Ankara: Türkiye Klinikleri; 2020. p.13- 8.
  •  Yargic MP., Torgutalp S., Akin S., Babayeva N., Torgutalp M., Demirel AH. Acute long-distance trail running increases serum IL-6, IL-15, and Hsp72 levels. Appl Physiol NutrMetab. 2018; 10.1139/apnm-2018-0520.
  • Akin Ş., Ozerklig B., Turkel I., Demirel H.A. İskelet Kas Kütlesini Düzenleyen MolekülerMekanizmalar. Türk Spor Hekimliği Dergisi, 10.5152/tjsm.2019.125.
  • Akin Ş., Donmez G., Ozdemir M., Demirel H.A. Tüm Vücut Titreşimi İmmobilizasyon ileAzalan AMPK Aktivasyonunu Arttırır mı? Türk Spor Hekimliği Dergisi 2018,10.5152/tjsm.2018.107.
  • Akin Ş., Demirel H.A. Sarkopeni ve Egzersiz. Turkiye Klinikleri J Sports Med-SpecialTopics 2017;3(2):136-42.
  • Utku B., Akin S. Eksantrik Egzersizler ve Spor Yaralanmalarından Korunmadaki Yeri.Turkiye Klinikleri J Sports Med-Special Topics 2017;3(3):233-39. Akin Ş., Demirel H.A. İskelet Kası Uydu Hücreleri ve Kas
  • Rejenerasyonundaki Yeri.Turkiye Klinikleri J Sports Med-Special Topics 2017;3(3):227-32.
  • Akin Ş., Naito H., Ogura Y., Ichinoseki-Sekine N., Kurosaka M., Kakigi R., Demirel H.A.Short-term treadmill exercise in a cold environment does not induce adrenal Hsp72 and Hsp25 expression. J Physiol Sci, 2017, 67(3):407-413.
  •  Utku B., Dönmez G., Erişgen G., Akin Ş., Demirel H.A., Korkusuz F., Doral M.N. Meloxicam and diclofenac do not change VEGF and PDGF-ABserum levels of platelet-rich plasma. Turk J Med Sci. 2017, 47(2):570-576.
  • Dönmez G., Doral M.N. Suljevic S., Sargon M.F. Bilgili H., Demirel H.A. Effects of immobilization and whole-body vibration on rat serum Type I collagen turnover. Acta Orthop Traumatol Turc.  2016, 50(4):452-7.
  • Gucuk Ipek, E., Akin-Suljevic, S., Kafes, H., Basyigit, F., Karalok, N., Guray, Y., Dinc Asarcikli, L., Acar, B., Demirel, H. Evaluation of galectin-3 levels in acute coronary syndrome. Annales de Cardiologie et d’angeiologie, 2015; 65(1):26-30.

Bağlantılar