Drosophila melanogaster Kullanarak Yaşa Bağlı Uyku Bozuklukları İçin Yüksek Verimli Küçük Moleküllü İlaç Taraması

İnsanın hayatta kalması için gerekli olan temel davranışlardan biri olan uyku, iki ana durumla karakterize edilir: hızlı göz hareketi (REM) uykusu ve hızlı olmayan göz hareketi (NREM) uykusu¹. NREM uykusu üç aşamadan oluşur: N1 (uyanıklık ve uyku arasındaki geçiş), N2 (hafif uyku) ve N3 (derin uyku, yavaş dalga uykusu), uyanıklıktan derin uykuya^ilerlemeyi temsil eder 1. Uyku hem fiziksel hem de zihinsel sağlıkta çok önemli bir rol oynar². Bununla birlikte, yaşlanma yetişkinlerde toplam uyku süresini, uyku verimliliğini, yavaş dalga uyku yüzdesini ve REM uyku yüzdesini azaltır³. Yaşlı bireyler, yavaş dalga uykusuna kıyasla hafif uykuda daha fazla zaman geçirme eğilimindedir ve bu da onları gece uyanmalarına karşı daha duyarlı hale getirir. Uyanma sayısı arttıkça, ortalama uyku süresi azalır, bu da yaşlılarda parçalanmış bir uyku düzenine neden olur, bu da farelerde^Hcrt nöronlarının aşırı uyarılmasıyla ilişkili olabilir 4. Ek olarak, sirkadiyen mekanizmalarda yaşa bağlı düşüşler, uyku süresinde daha erken bir kaymaya katkıda bulunur ^5,6. Fiziksel hastalık, psikolojik stres, çevresel faktörler ve ilaç kullanımı ile birlikte, bu faktörler yaşlı yetişkinleri uykusuzluk, REM uykusu davranış bozukluğu, narkolepsi, periyodik bacak hareketleri, huzursuz bacak sendromu ve uykuda solunum bozukluğu gibi uyku bozukluklarına karşı daha duyarlı hale getirir ^7,8.

Epidemiyolojik çalışmalar, uyku bozukluklarının yaşlılarda^{depresyon 10}, kardiyovasküler hastalık¹¹ ve demans¹² dahil olmak üzere kronik hastalıklarla 9 yakından bağlantılı olduğunu göstermiştir. Uyku bozukluklarının ele alınması, kronik hastalıkların iyileştirilmesinde ve tedavi edilmesinde ve yaşlı yetişkinler için yaşam kalitesinin artırılmasında çok önemli bir rol oynar. Şu anda, hastalar uyku kalitesini artırmak için öncelikle benzodiazepinler, benzodiazepin olmayanlar ve melatonin reseptör agonistleri gibi ilaçlara güvenmektedir¹³. Bununla birlikte, benzodiazepinler, uzun süreli kullanımdan sonra reseptörlerin aşağı regülasyonuna ve bağımlılığa yol açabilir ve kesilme üzerine ciddi yoksunluk semptomlarına neden olabilir^14,15. Benzodiazepin olmayan ilaçlar da demans¹⁶, kırıklar¹⁷ ve kanser¹⁸ dahil olmak üzere riskler taşır. Yaygın olarak kullanılan melatonin reseptörü agonisti ramelteon, uyku gecikmesini azaltır, ancak uyku süresini artırmaz ve kapsamlı ilk geçiş eliminasyonu nedeniyle karaciğer fonksiyonuyla ilgili endişeleri vardır¹⁹. Bir melatonin reseptörü agonisti ve serotonin reseptör antagonisti olan Agomelatin, depresyona bağlı uykusuzluğu iyileştirir, ancak aynı zamanda karaciğer hasarı riski taşır²⁰. Sonuç olarak, uyku bozukluklarını tedavi etmek veya hafifletmek için daha güvenli ilaçlara acil ihtiyaç vardır. Bununla birlikte, otomatik sistemler ve bilgisayar analizi ile birleştirilmiş moleküler ve hücresel deneylere dayanan mevcut ilaç tarama stratejileri pahalı ve zaman alıcıdır²¹. Reseptör yapısına ve özelliklerine dayanan yapıya dayalı ilaç tasarım stratejileri, reseptör üç boyutlu yapısının net bir şekilde anlaşılmasını gerektirir ve ilaç etkileri için öngörü yeteneklerinden yoksundur²².

2000 yılında, Campbell ve Tobler tarafından 1984’te önerilen uyku kriterlerine dayanarak 23, araştırmacılar, uyku benzeri durumlar sergileyen Drosophila melanogaster de dahil olmak üzere uyku^24’ü incelemek için basit hayvan modelleri oluşturdular^25,26. Drosophila ve insanlar arasındaki anatomik farklılıklara rağmen, Drosophila’da uykuyu düzenleyen birçok nörokimyasal bileşen ve sinyal yolu memeli uykusunda korunur ve insan nörolojik hastalıklarının incelenmesini kolaylaştırır^27,28. Drosophila, sinekler ve memeliler arasındaki çekirdek osilatörlerindeki farklılıklara rağmen, sirkadiyen ritim çalışmalarında da yaygın olarak kullanılmaktadır 29,30,31. Bu nedenle Drosophila, uyku davranışını incelemek ve uyku ile ilgili ilaç taraması yapmak için değerli bir model organizma olarak hizmet eder.

Bu çalışma, yaşlı sinekler kullanılarak uyku bozukluklarını tedavi etmek için küçük moleküllü ilaçların taranması için uygun maliyetli ve basit fenotipe dayalı bir yaklaşım önermektedir. Drosophila’da uyku regülasyonu yüksek oranda korunur²⁵ ve yaşla birlikte gözlenen uykudaki düşüş ilaç uygulaması ile geri dönüşümlü olabilir. Bu nedenle, bu uyku fenotipine dayalı tarama yöntemi, ilaç etkinliğini sezgisel olarak yansıtabilir. Sinekleri incelenen ilaç ve yiyecek karışımı ile besliyoruz, Drosophila Activity Monitor (DAM)³² kullanarak uyku davranışını izliyor ve kaydediyoruz ve elde edilen verileri MATLAB’daki açık kaynaklı SCAMP2020 veri paketini kullanarak analiz ediyoruz (Şekil 1). İstatistiksel analiz, istatistik ve grafik yazılımı kullanılarak gerçekleştirilir (bkz. Örnek olarak, uykuyu arttırdığı bildirilen veziküler monoamin taşıyıcının küçük moleküllü bir inhibitörü olan Reserpin hakkında deneysel veriler sunarak bu protokolün etkinliğini gösteriyoruz³³. Bu protokol, yaşa bağlı uyku problemlerini tedavi etmek için ilaçları tanımlamak için değerli bir yaklaşım sağlar.