Nörolojik Hastalıklarda Lipidomik ve Transkriptomik

Lipitlerin işlevindeki son gelişmeler ve nörolojik hastalıkların başlangıcında ve ilerlemesinde rolleri, yeni terapötik hedeflerin ve hastalık mekanizmasının yeni araştırma ve geliştirme mekanlarını ^{açmaktadır1}. Kitle spektrometresi görüntüleme ve gelişmiş kütle spektrometresi profilleme gibi modern moleküler görüntüleme teknikleri ile vurgulanan farklı beyin bölgelerindeki lipid bileşimindeki belgelenmiş farklılıklar, lipid araştırması paradigmasını tüm beyinden fonksiyonel olarak farklı ve ayrık beyin bölgelerine kaydırır. Lipid bileşiminin farklı beyin bölgelerinde farklılık göstermesi, fonksiyonel olarak farklı beyin bölgelerinde bir beyin hakaretine veya uyaranlarına yanıt olarak hem membran lipid duyarlılığının hem de aşağı akış lipid sinyalinin yeni kavramsallaştırılmasına neden olmaktadır. Bu nedenle, lipid protokolleri, daha yüksek uzamsal çözünürlük tespiti ve nicelleştirme için düşük doku miktarlarının zorluğunu ele almak için yeni gelişmeler ve eş zamanlı olarak hücre zarlarının ve sinyal yollarının birden fazla lipit bileşeninin analizini gerektirir. Ayrıca, seviyelerinin ve işlevlerinin düzenlenmesinde rol oynayan enzimlerin, lipid ligandlarının ve reseptörlerin belirlenmesi, nörolojik bir hastalıkta etkilenen sinyal yollarını aydınlatmak ve patofizyolojik bağlamda yeni mekanistik araştırmalara rehberlik etmek için çok önemlidir.

Artan beyin mekansal çözünürlüğüne ek olarak, yeni nörolipidomik yaklaşımların geliştirilmesine meydan okuyan iki büyük zorluk vardır. İlk olarak, lipid sinyal molekülleri tipik olarak membran constitutive lipits ile karşılaştırıldığında çok düşük bolluğa sahip. İkincisi, lipidom yüksek yapısal heterojenlik sergiler, tek bir analitik yaklaşım kullanarak incelenerek zor. Bu nedenle, ekstraksiyon ve analitik yöntemler farklı lipit kategorilerine göre uyarlanır ve genellikle farklı doku örneklerinde gerçekleştirilir.². Av tüfeği lipidomik yöntemleri³ membran lipitlerin geniş bir profilini hızla ortaya çıkarmak için mükemmel araçlardır, hedeflenen keşif ve nicelik kütle spektrometrik yöntemlerinin sağladığı artan duyarlılık ve seçicilik, aşağıdakiler de dahil olmak üzere düşük bol sinyal lipitlerinin araştırılması için sermayelendirilir: i) enflamatuar lipitler ve ii) endocannabinoidler (eBB’ler), amino asit bağlantılı lipitler gibi nöronal aktivitenin modülasyonunda yer alan lipitler, ve saire.^4,5. Nörolojik hastalık modellerinin beyin bölgelerinde meydana gelen hem hücre zarındaki hem de sinyalizasyon seviyesindeki lipit değişikliklerini kapsamak için, tipik olarak lipid ekstraksiyonu ve analizi, farklı hayvan partilerinden veya farklı yarımkürelerden elde edilen veya daha büyük bir doku bölgesini birden fazla parçaya ayırarak farklı doku örneklerinde gerçekleştirilir. Enzim reseptörlerinin mRNA seviyeleri de ilgi çekici olduğunda, incelemeleri tipik olarak farklı bir doku örneğinin tedarikini gerektirir. Örneğin, membran lipitleri, endojen kannabinoidler ve mRNA’nın araştırılması üç farklı doku örneği gerektirir (örneğin, iki lipid ekstraksiyon yöntemi için iki örnek-membran lipitleri ve sinyal lipitleri- ve sonraki iki lipid analiz yöntemi- ve mRNA analizi için bir örnek). İnflamatuvar lipitlerin ve endojen kannabinoidlerin araştırılması sırasıyla iki farklı doku örneği, ekstraksiyon yöntemleri ve analiz yöntemleri gerektirir. Başka bir örnek, mRNA’nın ve bir beyin yumruğu veya lazer mikrodiseksiyon örneğindeki herhangi bir lipit kategorisinin araştırılmasıdır, bu da sonuç olarak beyin (alt) bölgesi başına iki farklı hayvanın iki örnek temin etmesini gerektirir. Biyolojik değişkenlik ve/veya doku heterojenliğinden kaynaklanan bu gibi durumlarda sonuçların değişkenliğinin ve/veya zayıf tekrarlanabilirliğinin önemli ölçüde sıklıkla ortaya çıkar. Özellikle beyindeki yüksek uzamsal çözünürlükte meydana gelen bu pratik multimoleküler analiz sınırlamaları tarafından yönlendirilen üç modüllü bir nörolipidomik protokol, şunları kapsayacak şekilde tasarlanmıştır: 1) enflamatuar lipitlerin (örneğin, eikosanoidler (eiCs)) ve eB’ler gibi nöronal aktivitenin modülasyonunda rol oynayan lipitlerin LC/MRM tarafından birlikte çıkarılması ve birlikte analiz²; 2) fosfolipidlerin (PL’ler) ve eB’lerin sonraki multiscan LC /MRM ve öncül/nötr kayıp tarama analizi ile birlikte çıkarılması²; ve 3) membran (fosfo)lipitler ve eB’lerin yanı sıra mRNA’nın çift ekstraksiyonu, sonraki LC / MRM ve qPCR veya RNA dizileme analizi ile⁶. Nörolojik bir hastalıkta ele alınacak biyolojik soruya ve ilgi çekici beyin bölgesine bağlı olarak, birinci ve ikinci protokolün veya birinci ve üçüncü protokolün bir kombinasyonu, yaklaşık 4 mg ağırlığındaki dokular için aynı doku örneğine uygulanabilir. Birinci ve üçüncü protokoller 2 mg civarındaki dokular için bağımsız olarak uygulanabilir. İkinci protokol 0,5 mg kadar hafif dokular için uygulanabilir. Seçilen nörolipidomik protokol modülünden bağımsız olarak, doku örneklemesi ve ön analitik işleme, beyin izolasyonu ve bölge diseksiyonu ve hayvan modelinden ödün vermek için prosedür protokolün üç modülü için de standartlaştırılmış ve aynıdır. Nörolojik hastalıkları araştırmamızda, hastalığın patolojik sonuçlarıyla ilgili periferik organlar da her zaman bu modüler protokoller kullanılarak toplanır ve analiz edilir. Ek olarak, plazma lipidomik için düzenli olarak kan örneklenerek, prospektif çeviri uygulamalarına yönelik nörolojik hastalıkların okuma aracı olarak hizmet edilir. Burada sunulan modüler lipidomik protokolü çok yönlüdür: daha büyük doku miktarlarına ölçeklendirilebilir ve hemen hemen her doku tipi ve hastalığı için kolayca uygulanabilir. Modüler protokolün uygulanması için (Şekil 1) nörolojik hastalıklarda, travmatik beyin hasarı, Parkinson hastalığı, Alzheimer hastalığı veya epilepsi gibi nörolojik bozuklukların standartlaştırılmış kemirgen başlangıç ve ilerleme modeli uygundur.

Bu protokoller^{, insan} temporal lob epilepsisine (TLE)^8,9,10,11 benzerliği nedeniyle klinik öncesi çalışmalarda yaygın olarak kullanılan bir model ^{olan epilepsinin} kainik asit (KA) kaynaklı fare modelinde epilepsinin akut fazında doku lipidomu ve/veya transkriptom değişiklikleri üzerinde çalışmak için kapsamlı bir şekilde uygulanmıştır. Bu protokoller kullanılarak, Palmitoylethanolamide (PEA)^12,13 gibi ilaçların terapötik potansiyeli aynı epilepsi fare modelinde değerlendirildi. Çalışmada, beyin ve periferde yüksek ve düşük mekansal çözünürlükte, maksimal akut nöbet yoğunluklarının zaman noktasında (60 dk posteizür indüksiyonunda) ve PEA ile subkronik ve akut tedavide dört farklı zaman noktasında (20, 60, 120 ve 180 dk) lipid ve mRNA değişiklikleri belirlendi. Tedavi edilmemiş KA enjekte edilmiş farelerin plazma, beyin ve periferik organları, akut ve subkronik olarak BEZELYE ile tedavi edilen farelerin yanı sıra araç ve BEZELYE aracı kontrol fareleri her zaman ^12,13 noktasında toplanmış ve bu moleküler analiz ile araştırılmıştır. Moleküler veriler, akut epilepsi evresinin ilerlemesini ve PEA’nın hafifletme potansiyelini çözmek için nöbet skorlamasıyla elde edilen davranışsal fenotiplerin yanı sıra nörodejeneratif süreçler hakkında immünhistokinetri türetilmiş verilerle ilişkiliydi.