Lütfiye Özpak, Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi, Tıp Fakültesi, Tıbbi Biyoloji Anabilim Dalı, Kahramanmaraş, Türkiye e-mail: lutfiyeozpak@gmail.com                             

The Expression Levels of Genes Involved in Mitochondrial Fission-Fusion Balance in A Neurotoxic Environment

Abstract

Purpose: Alzheimer's disease, the most common form of dementia worldwide, has been increasingly linked to type 2 diabetes (T2D), characterized by chronic hyperglycemia and insulin resistance, in recent studies, identifying it as a risk factor for Alzheimer's disease and other cognitive impairments. In the proposed concept of Alzheimer's disease as type 3 diabetes (T3D), metabolic disorders such as impaired insulin signaling, neuronal damage due to chronic hyperglycemia, oxidative stress, and neuroinflammation, are implicated. This condition leads to neuronal insulin resistance, contributing to decreased antioxidant capacity, oxidative damage, mitochondrial dysfunction, neuronal degeneration, and cognitive decline. In this study, we aimed to determine the expression levels of genes involved in mitochondrial dynamics, including DRP1, OPA1, MFN1, MFN2, and FIS1, in the neuroblastoma cell line subjected to high glucose-induced neurotoxicity. 

Method: We induced a neurotoxic environment in human neuroblastoma cells by applying 100 mM glucose for 24 hours and determined the expression levels of DRP1, OPA1, MFN1, MFN2, and FIS1 using the qPCR technique. 

Results: In the group exposed to high glucose, we observed an increase in the levels of FIS1 and DRP1 (2,45-fold and 4,61-fold, respectively) compared to the control group (p<0,05), while there was a decrease in the levels of MFN1, MFN2, and OPA1 (0,69-fold, 0,58-fold, and 0,62-fold, respectively), although statistically insignificant (p>0,05). 

Conclusion: There is a known correlation between mitochondrial fragmentation and symptoms of T2D, and our findings support increased fragmentation in an in vitro neurotoxic environment by showing alterations in the levels of molecules involved in mitochondrial dynamics. Our study contributes to the literature by shedding light on transcriptional changes of molecules involved in mitochondrial dysfunction, contributing to neurodegeneration in the mechanism of T3D. This will aid in early diagnosis, slowing the progression, and treating the disease.

Keywords: Alzheimer Disease’s, Type 2 Diabetes Mellitus, Mitochondrial Fission and Fusion.                

Mitokondri Fisyon-Füzyon Dengesinde Rol Oynayan Genlerin Nörotoksik Ortamda ifade Düzeyleri Değişimi

Öz

 Öz

Amaç: Alzheimer tipi demans, dünya çapında rastlanan demansın en yaygın görülen şekli olup, son çalışmalar, kronik hiperglisemi ve insülin direnci ile karakterize olan tip 2 diyabeti (T2D), Alzheimer hastalığı ve diğer bilişsel bozukluklar için bir risk faktörü olarak tanımlamaya başlamıştır. Alzheimer hastalığının, tip 3 diyabet (T3D) olarak önerildiği tabloda, bozulmuş insülin sinyalizasyonu, kronik hiperglisemi kaynaklı nöronal hasar, oksidatif stres, nöroinflamasyon gibi metabolik bozukluklar yer alır. Bu durum, nöronal insülin direncine yol açarak antioksidan kapasitede azalma, oksidatif hasar, mitokondriyal bozulmaya katkıda bulunarak sinirsel dejenerasyon ve bilişsel gerilemeye yol açar. Bu çalışmada, yüksek glikoz uygulayarak nörotoksisite geliştirdiğimiz nöroblastoma hücre hattında, mitokondri dinamiğinde rol oynayan DRP1, OPA1, MFN1, MFN2, FIS1 genlerinin ifade düzeylerini belirlemeyi hedefledik.

Yöntemler: İnsan nöroblastoma hücrelerine, 24 saat süre ile, 100 mM glikoz uygulayarak, nörotoksik ortam geliştirdik ve DRP1, OPA1, MFN1, MFN2, FIS1 ekspresyon seviyelerini qPCR tekniği ile belirledik.

Bulgular: Yüksek glikoz uyguladığımız grupta, kontrol grubuna oranla FIS1, DRP1 (sırasıyla 2,45-kat ve 4,61-kat) seviyelerinde artış (p<0,05), MFN1, MFN2, OPA1 (sırasıyla 0,69-kat, 0,58-kat ve 0,62-kat) seviyelerinde azalma (p>0,05) gözlemledik.

Sonuç: T2D belirtileri ile mitokondrial fragmentasyon artışı arasında korelasyon olduğu bilinmekte olup, in-vitro nörotoksik ortamda, mitokondri dinamiğinde rol oynayan moleküllerin seviyesi, artan fragmentasyonu destekler niteliktedir. T3D mekanizmasında, nörodejenerasyona katkıda bulunan mitokondriyal bozulmada yer alan moleküllerin, transkripsiyonel düzeyde değişikliklerinin aydınlatılması noktasında literatüre katkıda bulunan çalışmamız, hastalığın erken teşhisi, seyrinin yavaşlatılması ve tedavi edilmesi yönünde ilerleme kaydedilmesini sağlayacaktır.

Anahtar kelimeler: Alzheimer hastalığı, Tip 2 diyabet Mellitus, Mitokondriyal fisyon ve füzyon          

Dicle Med J  2024; 51 (2): 267-274

Doi: 10.5798/dicletip.1501350