Proteomski i metabolomski uvid u biohemijske osnove depresije i delovanje antidepresiva na životinjskom modelu depresije

Abstract

Poznato je da dugotrajna izloženost stresu uzrokuje strukturne i funkcionalne promene u mozgu koje vode nastanku depresije kod ljudi. Jedan od etiološki bitnih faktora je psihosocijalni stres, koji uključuje i hronični stres socijalne izolacije. Decenije istraživanja nisu dale odgovor na pitanje koje molekulske promene doprinose razvoju ovog tipa poremećaja ponašanja. Pored dijagnostifikovanja i lečenja depresije, veliki izazov predstavlja i praćenje terapije kod depresivnih pacijenata, s obzirom da nisu potpuno poznati mehanizmi antidepresivnog delovanja lekova, ni biomarkeri za praćenje njihovog delovanja. Odloženo dejstvo antidepresiva ukazuje na biohemijske promene koje su vremenski zahtevne i verovatno se zasnivaju na proteomskim promenama. Dosadašnja istraživanja su izdvojila hipokampus kao jedan od najpogođenijih moždanih regiona u depresiji. Iz svega navedenog, cilj ove doktorske disertacije bilo je ispitivanje ukupnih biohemijskih promena u hipokampusu mužjaka pacova soja Wistar, koji usled hronične izloženosti stresu socijalne izolacije, u trajanju od 6 nedelja, pokazuju ponašanje nalik depresivnom. Takođe, cilj je bio da se identifikuju sveukupne, ali i ciljane, biohemijske promene koje su u osnovi efikasnog delovanja hroničnog tretmana antidepresivima (poslednje 3 nedelje od 6 nedelja izloženosti stresu socijalne izolacije), što je ostvareno ispitivanjem antidepresiva suprotnog osnovnog mehanizma delovanja, fluoksetina (15 mg/kg dnevno) ili tianeptina (10 mg/kg dnevno). Biohemijske promene su identifikovane pomoću metabolomske analize i obrade podataka komparativne proteomske analize celokupnog lizata/frakcija (citosola i nesinaptičkih mitohondrija (NSM)) hipokampusa pacova, gde je bioinformatička obrada rezultata ukazala na de- regulaciju biohemijskih puteva i važne ciljane molekulske promene u osnovi ponašanja nalik depresivnom i mehanizmu delovanju tianeptina ili fluoksetina. Testovi ponašanja korišćeni su za određivanje parametara ponašanja nalik depresivnom. Na osnovu rezultata testova, odabrani su pacovi koji su nakon izlaganja stresu hronične socijalne izolacije ispoljili ponašanje nalik depresivnom, kao i pacovi kod kojih su hronični tretmani tianeptinom ili fluoksetinom normalizovali ovo ponašanje...

Prolonged stress exposure evokes structural and functional brain changes leading to the development of depression. One of the most important etiological factors of depression is psychosocial stress, including chronic social isolation stress (CSIS). Decades of investigation failed to unravel molecular changes in the pathophysiology of this mood disorder. Besides diagnosing and treating depression, a substantial challenge represents monitoring the course of the illness, given that precise knowledge about the mechanism of antidepressant action and specific biomarkers of treatment is lacking. The late onset of action of antidepressants points to some time- consuming biochemical modulations, probably based on proteome changes. Until now, science highlighted the importance of the hippocampus as one of the most affected brain regions in depression. Based on the mentioned, the present thesis aimed to investigate total biochemical changes in the hippocampus of male Wistar rats exposed to CSIS (6 weeks) that led to the development of depressive-like behavior. Also, the aim was to identify total and targeted biochemical changes of the effective chronic antidepressant treatment (last 3 weeks of 6-week social isolation) by exploring the mechanism of two antidepressants with the opposite primary mechanism of action, fluoxetine (15 mg/kg/day) and tianeptine (10 mg/kg/day). Targeting biochemical changes was performed with the use of comparative omics approach, metabolomics analysis and analysis of proteomics data of the chole tissue lysate/fractions (cytosol and non- synaptic mitochondria (NSM)) of the rat hippocampus, and bioinformatic analysis pointed on de- regulated biochemical pathways and promising targeted molecular changes in the basis of depression and mechanism of action of tianeptine and fluoxetine. Behavioral testing was used for the assessment of features representative of depressive-like behavior. Based on these results, rats were designated as responsive to stress and responsive to treatment with tianeptine or fluoxetine. Based on the results of comparative proteomic analysis, depressive-like behavior was characterized by dysfunctional NSM and altered communication with cytosol due to the down- regulated expression of proteins involved in energy metabolism and transport...