beyaz logo.png

Alzheimer Patogenezinde Mikrogliaların Rolü

Ali Aslan - Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü, Biruni Üniversitesi


Mikroglialar, Merkezi Sinir Sistemindeki(MSS) doğal immün yanıtta rol oynayan immün hücreleridir. Bu immün hücreleri temelde monositlerden köken alırlar ve beyindeki bütün hücrelerin yaklaşık %10’unu oluştururlar[1-3]. Mikroglialar beyinde nöronların büyümesinden, bakımlarının sağlanmasından, yığınların temizlenmesinden ve iç/dış uyaranlara müdahale etmekten sorumludur. Dolayısıyla mikroglialar, nöronların büyümesinden ve bakımlarının sağlanması ile nörokoruyucu, yığınların temizlenmesi ve iç/dış uyaranlara müdahale gibi görevlerde ise immünyetkin role sahiptir[1,4].


Mikrogliaların oluşumu hakkında detaylı bilgi edinmek için embriyolojik sürecin incelenmesi önemlidir. Temelde bu hücreler embriyonik yolk kesesindeki eritromiyeloid öncül hücrelerden köken almakta ve belirli süreçler sonrasında da beyin parankimine göç ederek burada yayılmakta ve farklılaşmaktadır[5]. Mikroglialar farklılaşım için transkripsiyon faktörü PU.1, interferon düzenleyici faktör 8(IRF8)[6-9] ve sağ kalımı için de CSF1 reseptörü(CSF1R) sinyallemesine ihtiyaç duymaktadır[10,11]. Normal, sağlıklı bir beyinde var olan mikroglia düzeyi lokal çoğalmalar(proliferasyon) ve apoptoz[12] arasındaki hassas denge ile belirlenmektedir.



Şekil 1: Mikroglialar temelde eritroid miyeloid öncül hücrelerden köken almaktadır. Bu hücreler mikroglia öncül hücrelerine dönüşerek embriyonik beyine göç ederler. Burada CSF-1, IL-34 ve TGF-B gibi faktörler aracılı ile mikrogliaların özelleşimi, sağ kalımı, olgunlaşımı ve homoestazı sağlanır. Mikrogliaların MSS parankimindeki düzenleyici işlevleri çok çeşitlidir. Büyüme faktörlerinin salgılanmasını sağlayarak nöron gelişimine katkıda bulunurlar. Doku gözetimi ve fagositoz ile apoptotik hücre yığınlarını temizlerler. Oligodendrosit miyelinizasyonunu sağlayarak nöronların iletişimini iyileştirir ve güçlendirirler. Sinaptik budama yaparak sinyal bozukluğunu ortadan kaldırırlar[13].


Mikroglia transkriptomunun bölgeler arasında çeşitli olması mikrogliaların MSS’de çeşitli rollerde yer alabilmesine olanak tanımaktadır[14]. Örneğin, mikroglialar, normal nöronal bağlantının kurulmasına ve MSS gelişiminde yer alan sinaptik budamanın düzenlenmesinde rol oynamaktadır[15]. Ayrıca, yetişkin beyninde öğrenme, hafıza gibi yüksek bilişsel işlevlerin ayarlanmasında da kritik rol oynamaktadır[16,17]. Mikroglialar farklı durumlarda farklı morfolojiler sergilerler. Bu farklı morfolojilerin de farklı hücresel aktiviteleri mevcuttur. Örneğin, dinlenme mikrogliası dinamik süreçlerde etkin bir şekilde MSS parankimini izlemektedir[18,19]. Bu izleme süreci mikroglia üzerinde yer alan özel bir reseptör repertuvarı ile sağlanmaktadır. Dolayısıyla mikroçevrede gerçekleşen herhangi bir hareketlilikte mikroglialar hızlıca etkinleşerek müdahale ederler[20,21].



Şekil 2: Şemada insan beynindeki mikroglial haller gösterilmiştir. Dallanmış veya dinlenen mikroglia morfolojisi genelde sakin haldeki mikrogliaları ifade etmektedir. Bu morfolojideki mikrogliaların hücresel gövdesi küçük ve dalları uzundur. Özellikle yetişkin beyninde yaygın bulunur. Fazlaca dallamış mikroglialarda dallanma süreçlerinin yanında proinflamatuvar sitokinlerin salınımı gibi diğer süreçler de artmıştır[22]. Gür yapılı mikroglia morfolojisi genel olarak artmış hücre gövdesi ve kesintili süreçler ile karakterizedir. Amoeboid ya da fagositik mikroglialar makrofaj benzeri morfoloji sergilerler. Fazlaca proinflamatuvar etkinlik, oksidatif serbest radikaller ve mikroglial apoptoz ile ilişkilidir[23,24].


Mikroglialar temelde immün sistem içerisinde yer alan makrofajların sinir sistemindeki karşılıklarıdır. Dolayısıyla makrofajlarda görülen M1/M2 polarizasyonu aynı şekilde mikroglialarda da görülmektedir[25]. Bu iki polarizasyon durumu birbirlerine zıttır ve zıt süreçleri içerirler. M1 durumuna bakıldığında, IL-1β, IL-6 gibi proinflamatuvar sitokinlerin ve nitrik oksitin üretildiği bir durumdur[26]. Nitrik oksitin üretilme sürecinde mikroglia dışarıdan LPS veya peptidoglikan gibi uyaranlar tarafından uyarılır. Bunun sonucunda IFN-γ tarafından NO sentaz 2(iNOS/NOS2) indüklenir ve yukarı regüle olur. Sonuç olarak nitrik oksit de üretilmiş olur. M2 durumunda ise mikrogliadan IL-4, IL-13 gibi anti-inflamatuvar sitokinler salınır. Bu sitokinler de arjinaz 2’nin(ARG2) yukarı regüle olmasını sağlar[25].


Mikroglialardan miyeloid hücre karmaşıklığına dair detaylı bilgiler edinilmesine karşın, nörodejeneratif hastalık modellerinden elde edilen mikrogliaların transkriptom analizlerinde net bir şekilde M1 veya M2 işareti gözlemlenememiştir. Aksine, araştırmacılar mikroglialarda hem M1 hem de M2 belirteçleri gözlemlemişlerdir. Bu da karışmış fenotip bilgisine veya etkinliğin varlığına dair bir eksikliği işaret etmektedir[14, 27-29]. Transkriptom verileri mikrogliaların, nörodejenerasyonda hem nörokoruyucu hem de stres yanıtları, yanlış katlanmış proteinler ve nöron hasarı ile ilişkili genler nedeni ile nörotoksik etmenlere sahip olduğunu göstermektedir[26]. Dolayısıyla bozulmuş mikroglial işlev, Alzheimer da dahil olmak üzere birçok nörodejeneratif hastalığın oluşumunda rol oynamaktadır.


Alzheimer Hastalığı(AH), demans ile karakterize, ilerleyici bir nörodejeneratif beyin bozukluğudur. Ayrıca, Alzheimer demansı yaygın olarak hafıza kaybı ve bilişsel yeteneklerdeki bozukluklar ile karakterizedir[30]. AH oluşumunda beyinde belirli süreçler gelişmekte ve bu süreçler hastalığın gelişmesinde önemli bir rol oynamaktadır. Özellikle, nöron dışı bölgelerde biriken Amiloid-β plakları ve tau proteini kaynaklı nöron içi oluşan nörofibriler yumaklar, bölgede gelişen inflamasyon ve oksidatif stres ile birlikte nöronal işlevsizliklere ve nihai nöron ölümüne neden olmaktadır[31].


Nöron dışı bölgelerde oluşan Amiloid-β plakları temelde Amiloid ön başlatıcı proteinin(APP) β- ve 𝛾-sekretaz enzimleri tarafından proteolitik süreçte parçalanması sonrasında oluşmaktadır. β-sekretaz tarafından kesilen APP proteini sonucunda oluşan Amiloid-β plakları herhangi bir proteozom sistemi tarafından parçalanamamaktadır. Parçalanamayan plaklar zaman içerisinde nöron dışında ve sinaptik aralıklarda birikmektedir. Oluşan bu plak birikimleri, hücre içerisinde fosforile tau proteininden kaynaklanan fibriler üçgenlerin oluşumunu kolaylaştırır. Sonuç olarak, nöron ölümü ve sinaps kaybı oluşmaktadır[32,33].



Şekil 3: Şemanın A kısmında amiloidojenik ve amiloidojenik olmayan yolaklar gösterilmiştir. Amiloidojenik olmayan yolakta APP proteinini oluşturan Aβ 40/42 ve AICD proteinleri veziküller vasıtasıyla sitoplazmaya alınmakta ve burada salgı yolaklarıyla geri dönüşüme katılmaktadır. Amiloidojenik yolakta ise endozom ile alınan APP proteini β-sekretaz tarafından kesilmekte ve daha sonra 𝛾 -sekretaz tarafından kesilen proteinden ayrılan Aβ 40/42 herhangi bir proteozom sistemi tarafından sindirilememekte ve hücre dışı boşluğa monomer olarak çıkmakta ve bu monomerler daha sonra oligomer ve fibril/plak yapı halini almaktadır[34].


Yapılan genetik araştırmalar nadir, ailesel erken başlangıçlı AH’nin APP, presenilin 1 ve 2 genlerinde oluşan mutasyonlardan kaynaklı olabileceğini göstermiştir. Bu genlerde oluşan mutasyonlar neticesinde 𝛾-sekretaz kompleksinde yer alan bileşenlerin Aβ peptitlerini birikime meyilli olacak şekilde ürettiği anlaşılmıştır[35-37]. Daha yaygın görülen sporadik geç başlangıçlı AH’de ise başka genetik polimorfizmler ile ilişkilidir. Özellikle, mikroglia üzerinde ifade edilen bazı immün reseptörlerinde(Trem2, CD33) oluşan değişimlerin hastalığın oluşumunda rol oynadığı görülmüştür[38].


Erken AH patogenezinde Aβ peptitlerinin oligomer biçimi, nöron kaybına ve nöronal apoptoza sebep olacak bir dizi patolojik zinciri tetikleyerek hücre dışı bölgede birikir[39]. Mikroglia Aβ peptitlerini ve hasarlı hücreleri fagositoz yoluyla ortadan kaldırır[40,41]. Büyük yapılı plaklar daha büyük yapılı mikroglialar tarafından fagosite edilir. Aynı zamanda bazı plakların boyutunun artması ve azalması mikroglia boyutu ile korelasyon göstermektedir. Bu korelasyon inflamatif süreçler sonucunda gelişmektedir[41].


Alzheimer’da gelişen nörodejeneratif süreç içerisinde oluşan inflamatif süreçte mikrogliyalar önemli bir rol oynamaktadır. Mikroglialar MSS’de görev alan bir immün hücresi olduğundan beyinde gelişen bir inflamatif süreçte bir nevi orkestra şefi rolünü üstlenir[42]. Dolayısıyla beyinde gelişen inflamatif bir sürecin yönü mikrogliaların durumuna bağlıdır. İnflamasyonların oluşumu için ise belirli sitokinlerin salınımı gereklidir. Bu salınımların sağlıklı bir şekilde yürütülebilmesi için birden fazla proteinin bir araya gelerek “inflamazom” adı verilen çoklu protein kompleksleri kurmaları gerekmektedir. Birkaç inflamazom kompleksi patolojik süreçte mikroglialara katkıda bulunsa da bunlar arasında en önemli kompleks NLRP3 kompleksidir. NLRP3 kompleksi, bir uyarlaç proteini(ASC) ve bir kaspaz enziminden(prokaspaz-1) oluşmaktadır[42]. Sonuç olarak NLRP3’ün etkinleşmesi ile IL-1β ve IL-18 gibi proinflamatuvar sitokinler salınır. AH patogenezinde IL-1β salınımı NO ve TNFα gibi sitokinlerin salınımına katkıda bulunur. Bu sitokinlerin salınımı zararlı amiloid plaklarının oluşumuna ve nöronal bozunmaya yol açmaktadır[43]. Bu veriler doğrultusunda AH’lı hastalardan alınan frontal kortekslerde Aβ peptit fagositozunun zayıflamasında rol oynayan kaspaz-1 artışı gözlenmiştir[44,45]. Bunun yanı sıra başka bir araştırmada NLRP3’ün silindiği farelerde IL-1β ve Aβ birikim düzeyi azalmıştır[45]. Dolayısıyla bütün bu sonuçlar AH patogenezinde NLRP3’ün ve doğal olarak inflamasyonun rol oynadığına işaret etmektedir.


Şekil 4: Nöronlarda oluşan Tau, Aβ ve ATP, mikrogliada NLRP3 inflamazom sinyallemesini etkinleştirmektedir[46].


Şekil 5: Şemada NLRP3 inflamazom kompleks mekanizmalarının nörodejeneratif hastalıklardaki rolü gösterilmiştir. Mikroglialardaki NLRP3 kompleksleri Sinyal 1 ve Sinyal 2 olmak üzere iki yolla etkinleştirilir. Sinyal 1’de PAMP/DAMP’ların ve sitokinlerin TLR ve sitokin reseptörleriyle bağlanmaları sonucu NF-kB etkinleşir. Sonuç olarak pro-IL-1β ve pro-IL-18 ifade edilir. Sinyal 2’de ise Aβ ve α-syn gibi protein birikimleri mikrogliaya endozom yoluyla alınır. Burada lizozomlar bu proteinleri sindirmek ister fakat bunu başaramaz. Sindirilemeyen bu proteinler mitokondriyal işlev bozukluğuna, ROS etkinliğine neden olur. Bütün bunlar sonuç olarak NLRP3 inflamazom kompleksini etkinleştirir. İfade edilen pro-IL-1β ve pro-IL-18 GSDMD’nin GSDMD-N’e indirgenmesi ile IL-1β’ya ve IL-18’e dönüşmektedir. Bu sitokinler mikroglialardan nöronlara geçerek nöron hasarına ve ölümüne neden olmakta ve sonuç olarak AH, Parkinson gibi nörodejeneratif hastalıkların oluşumunda rol oynar[47]. PAMP: Patojen ilişkili moleküler örüntü. DAMP: Hasar ilişkili moleküler örüntü.


Mikroglialarda oluşan inflamatif süreçte rol oynayan başka bir immün sistemi ise kompleman sistemidir. Kompleman yolağı doğal immün yanıtın önemli bir parçası olmakla beraber patojen ve hücresel yığın gibi uyaranları tanınmasında ve elenmesinde rol oynamaktadır[42]. Ayrıca kompleman sistemi yaşam boyunca birçok fizyolojik ve patolojik işlevlere dahil olmaktadır. Örneğin, gelişim esnasında etkinliğe bağımlı sinaps elenmesinde görev almaktadır. AH’de oluşan Aβ birikimleri bu sistemi tekrardan etkinleştirerek sinaps kaybına neden olmaktadır[48].


Kompleman sistemini oluşturan C1q ve C3 gibi kompleks proteinler mevcuttur. Bu proteinler üç farklı yolakla etkinleşebilmekte ve fagositozu tetikleyebilmektedir[49]. MSS’de kompleman proteinlerinin ana kaynak yeri mikroglia ve astrositler olmasına karşın nöronlarda ve glial hücrelerde ifade edilmektedir[42]. Ayrıca mikroglialar yüksek düzeyde C1q ve CR3 ifade etmektedir[50]. Özellikle mikroglial CR3’in gelişim sırasında sinaptik budamada rol oynadığı bilinmektedir[48].


Alzheimer alanında yapılan çalışmalarda hastalardan alınan beyin-omurilik sıvısı(BOS) örneklerinde C3 ve CR1 seviyelerinin arttığı görülmüştür[51]. Bu da patolojide kompleman sisteminin değişimine işaret etmektedir. Kompleman sisteminin Aβ ile bir ilişkisi olduğu bilinmesine karşın bu ilişkinin koruyucu veya zararlı olduğu tam olarak açıklığa kavuşturulamamıştır. Yine de bazı çalışmalarda kompleman sisteminin baskılanması veya eksikliği amiloid patolojisini hızlandırdığı görülmüştür[52,53]. Ayrıca C3, CR3 ile birlikte Aβ fagositozuna katkıda bulunduğu da anlaşılmıştır[54]. Diğer taraftan başka bir çalışmada mikroglial CR3’ün elenmesi Aβ seviyesini düşürmüş ve C3 antagonisti plak birikimini iyileştirmiştir[55,56]. Dolayısıyla kompleman sisteminin AH patolojisi üzerindeki etkisinin anlaşılması için daha fazla çalışmaya ihtiyaç duyulmaktadır.


“Beni ye” ve “ Kendimi yiyeyim” komutlarını içeren fagositoz ve otofaji mekanizmaları hücresel yıkım süreçleri için oldukça önemli iki ana mekanizmalardır. Bu mekanizmalar eklentisel veya hasarlı partiküllerin lizozomda parçalanması için gereklidir[42]. Büyük enzimatik yıkım sistemi tarafından koordine edilen bu yıkım süreçleri özellikle yaşlanma ve AH sırasında bozulmakta ve düzensizleşmektedir. Buna kanıt olarak AH hastalarında oluşan otofaji bozukluğu ve artan otofagozom miktarı gösterilebilir[57]. Bununla birlikte, Alzheimer ilişkili PS1 mutasyonu lizozomal asidifikasyonu ve otofajiyi bozmaktadır[58]. Ayrıca çok sayıda çalışma, mikroglial Aβ fagositozunun, NLRP3 ve lizozomal katepsin-B'yi tetikleyerek dejenerasyona katkıda bulunduğunu ve bunun daha sonra IL-1β'nın olgunlaşması ve salınması ile sonuçlandığını göstermektedir[59]. İnflamazomlar tarafından modüle edilen hücresel düzeyde yıkımın karşıt etkileri mevcuttur. Normal fizyolojik durumlarda koruyucu olan bu mekanizmalar hastalığın kronik ve geç evresinde zararlı olabilmektedir.


Şekil 6: Şemada hastalık süresince kompleman aracılı işlevlerin değiştiği görülmektedir. Hastalığın erken evresi olarak kabul edilen Faz 1’de C1q ifadesi hasara bağlı olarak yukarı regüle olmakta ve diğer bir ihtimal ise hasar diğer kompleman sistem tarafından bağımsız olarak algılanmış olabilmektedir. C1q, apoptotik nöronlara ve nöronal kabarcıklara bağlanmakta, böylece mikroglia’nın fagositozu hızlandırılmış olmaktadır. Bunun yanında, hasar ilişkili moleküler örüntü veya patojen yokluğunda inflamatuvar yanıtın da bastırılmasında rol oynamaktadır. Faz 2’de süreç kronik bir almaktadır. Burada birçok kompleman sistem fibriler Aβ(fAβ) tarafından etkinleştirilmekte ve diğer etkileştiriciler de birikmektedir. C1r, C1s, C3 ve C4 sentezi, kompleman düzenleyicileri olan C1-INH ve C4BP’nin nispeten yukarı regüle olmadığı durumlarda oluşan bölgesel hasara yanıt olarak indüklenmektedir. C3 ve iC3b, fAβ’ye bağlanarak fagositoza yol açarlar. Faz 3’de ise mikroglia üzerinde C5a C5aR1 ile bağlanarak kemotaktik etkinliği sağlayarak mikrogliayı plaka yönlendirir. Faβ, TLR ve diğer mikroglial reseptörlere bağlanarak proinflamatuvar sitokin salınımı ve reaktif oksijen türleri(ROS) üretimini indüklemektedir. Bunun nedeni, plakların tamamiyle temizlenmemiş olmasından dolayıdır. Çevrede kronik inflamasyon başladığında daha büyük nöronal hasara neden olacak daha fazla fAβ üretimine neden olmakta ve nihai olarak nöronal işlevsizliğe ve ölüme yol açmaktadır[60].


Beyindeki mikroglialarda CX3CR1 reseptörü ağırlıklı olarak ifade edilmektedir. Bu reseptörün ligandı nöronlarda ifade edilen ve fraktalkin’in çözünür biçimi olan CX3CL1’dir[42]. CX3CL1, mikroglia dinlenik haldeyken baskılayıcı sinyal olarak ifade edilmektedir. Bununla birlikte, CX3CL1-CX3CR1, gelişim sırasında glutamaterjik sinaps olgunlaşmasının gecikmesinde kritik bir role sahiptir[61,62]. Ayrıca sıçan modelleri ile yapılan çalışmalarda yaşın CX3CR1 ifadesinin düzenlenmesinde belirleyici bir faktör olduğu gözlenmiştir[63]. CX3CL1/CX3CR1 iletişiminin nöroinflamasyon sürecindeki rolleri halen tartışma konusudur. Hem Parkinson hem de ALS fare modellerinde yapılan çalışmalarda CX3CR1-/- farelerinde sitokin üretimine bağlı yaygın nöron kaybı gözlenmiştir. Ayrıca AH modellerinde CX3CR1 düşüşü de gözlemlenmiştir[64]. Nörodejeneratif durumlarda bu bozulma güçlü mikroglial toksisite ve patolojinin birikimi ile ilişkilidir[65]. AH’de CX3CL1/CX3CR1 sinyal yolağının etkisi AH hastalarının plazma konstrasyonunda CX3CL1 artışı ile gözlemlenmiştir[66]. Ayrıca fare modellerinde yapılan çalışmada CX3CR1 silinmesinin nöronal kaybı önlediği de görülmüştür[67].


Alzheimerde mikroglianın dahil olduğu patogenezde çözülemeyen bir konu da P2Y12 reseptörüdür. Bu reseptörün mikroglia hücrelerine özgü olduğu düşünülmektedir. P2Y12 reseptörü(P2Y12R) fizyolojik durumlarda kemotaksisde rol oynamaktadır. P2Y12R’nin eksik olduğu fare modellerinde mikroglia göçünde ve polarizasyonunda değişimler gözlemlenmiştir[68]. Bu reseptörü kodlayan P2ry12 geni mikroglialarda yüksek derecede ifade edilen bir gen olmakla birlikte reaktif mikroglialarda aşağı regüle olmaktadır[68]. Dolayısıyla bu genin mikroglial homeastazda belirleyici bir belirteç olabileceği düşünülmüştür[69]. Transgenik fare modellerinde amiloid plaklara yakın olan mikroglialarda P2Y12R ifade edilmemekte, plaklara uzak olan mikroglialarda ifade edilmektedir[69,70].


Şekil 7: Şemada Mikroglia durumlarında P2RY12 ifadesinin düzeyi gösterilmiştir. Gözetleyici durumda olan mikrogliada hasarlı/dolaşık nöron ile etkileşiminde ve Aβ plakı ile etkileşimde olan fagositik/onarıcı mikrogliada P2RY12 düzeyi yüksek, biriken Aβ plaklarıyla etkileşimde olan reaktif mikrogliada ise P2RY12 ifade düzeyi düşük gözükmektedir[71].


Alzheimer’da mikroglia üzerinde etkili olan, mikroglia işlev değişiminde rol oynayan bir diğer önemli faktör Apolipoprotein E(APOE) genidir. APOE geninin ε4 izoformu AH’de yaygın bir genetik varyant olmakla birlikte bilinen en önemli risk faktörlerinden birisidir. APOE temelde hücreler arasında lipit ve kolesterol taşınmasında rol oynayan bir apolipoproteindir. Beyinde büyük ölçüde astrositlerde ve mikroglialarda üretilmesine karşın nöronlarda daha az üretilmektedir. İnsanda APOE’nin üç ana izoformu bulunmaktadır. Bunlar; ε2, ε3 ve ε4’tür. APOE-ε4 izoformu geç başlangıçlı AH(LOAD) için önemli bir risk faktörüdür. APOE-ε4’nin bir kopyası üç katlanma ile ve iki kopyası 9 katlanma ile LOAD gelişme riskini oldukça arttırmaktadır[72]. APOE-ε4’e nazaran daha nadir görülen ε2 izoformu AH gelişiminde daha az etkindir ve APOE-ε3 varyantının ise nötr olduğu düşünülmektedir[73]. APOE izoformlarının AH gelişiminde nasıl etkili oldukları tam manasıyla aydınlatılamamıştır. Yalnız erken tanımlı APOE ve Aβ etkileşimi incelendiğinde çalışmalarda büyük ölçüde APOE’nin amiloid yüklenmesine ve oligomerizasyonuna olan etkisi üzerinde durulmuştur[74-76]. Böylece APOE- ε4 hastalarının, ε3 taşıyıcılardan daha fazla Aβ plaklarına ve oligomerlerine sahip olduğu görülmüştür[76]. Bununla birlikte APOE’nin Aβ temizlenmesinde de etkili olduğu görülmüştür[77,78]. Öyle ki, APOE susturulan fare modellerinde Aβ birikimi daha az gelişmiştir[79,80].


Açıklığa kavuşturulamamış risk faktörleri arasında en iyi bilinen faktörlerden birisi Miyeloid hücrelerde ifade edilen tetikleyici reseptör(TREM2)’dir. Genom çapında ilişkilendirme çalışmaları(GWAS) sonucunda birtakım LOAD ile ilişkili nadir TREM2 gen varyantları tespit edilmiştir[81,82]. Bunlar arasında işlev kaybı R47H mutasyonuna sebep olan rs75932628 varyantı, belirli ölçüde AH ile ilişki göstermiştir. Dolayısıyla sonuçlar bu varyantın Alzheimer’da TREM2 etkinlik yolağı üzerinde koruyucu rolü olduğunu göstermektedir[81,83]. TREM2 temelde mikroglia gibi miyeloid hücrelerde bulunan bir hücre yüzeyi reseptörüdür. Bu reseptör inflamasyon, fagositoz ve kemokin salınımı gibi süreçleri de düzenlemektedir[84-86]. TREM2’nin Alzheimer üzerinde tam olarak nasıl bir etkisi olduğu halen bilinmemekle birlikte APP/PS1 hipokampüsünde ve korteksinde arttığı ve bunun yaşla birlikte de arttığı bilinmektedir[87]. Bununla birlikte elde edilen veriler TREM2 ifadesinin plak ilişkili mikroglialarda arttığını göstermektedir[81,88]. Dolayısıyla TREM2 ifadesini ayarlamak mikroglia yanıtını tekrardan programlayabilir. Ayrıca başka veriler TREM2’nin hasar ile ilişkili mikroglianın(DAM) tam etkinliğine ihtiyaç duymaktadır[89].


Çoğu çalışma AH’de TREM2’nin mikroglia aracılı Aβ fagositozu ile ilişkili olduğunu göstermektedir. Fakat bu çalışmalar TREM2’nin bu özelliğinin fayda veya zarar getirdiği konusunda tam olarak aydınlatılamamıştır. Yapılan bir araştırmada APP-21 TREM2 3 aylık heterozigot farelerde amiloid yığınlarında herhangi bir değişiklik gözlemlenmemiştir[90]. Başka bir çalışmada ise TREM eksik 4 aylık APP/PS1 farelerde azalmış 6E10 boyama gözlemlenmiştir[91]. Bunun yanı sıra, 8 aylık 5xFAD farelerde TREM2 eksikliği hipokampal Aβ birikimini arttırarak zararlı hale geldiği gözlemlenmiştir[92]. In vitro çalışmalardan birisi TREM2’nin Aβ 1-42 fagositozunu kolaylaştırdığını göstermiştir[87]. In vivo yapılan çalışmalarda ise APP/PS1 farelerinde TREM2’nin fazlaca ifadesi, kortekste ve hipokampüste plak yoğunluğunu azaltmaktadır[87]. Elde edilen bu veriler ışığında TREM2 ve Aβ ilişkisinin kompleks bir rolde olduğu ve bu ilişkinin yaşa veya aşamalara bağlı etkiler ile şekillendiği söylenebilir.


Başka bir konu ise TREM2’nin inflamasyonu nasıl yönlendirdiğidir. In vivo çalışmalarda TREM2 eksikliğinin APP/PS1 farelerinde proinflamatuvar yanıtı azalttığı görülmüştür[91]. Buna karşılık, in vitro çalışmalarda TREM2’nin fazlaca ifade edimi proinflamatuvar sitokin salınımını azaltmakta, TREM2 eksikliğinin ise bu salınımları arttırdığı görülmüştür[85,87]. Görüldüğü üzere elde edilen veriler bu konuda farklı sonuçlar verebilmektedir. Dolayısıyla yapılacak yeni çalışmalar ile TREM2’nin inflamasyon üzerindeki etkisinin açıklığa kavuşturulacağı öngörülmektedir.


Şekil 8: Görselde oluşan senil plaklarının mikroglia ile etkileşimde olduğu görülmektedir. Senil plakları ile etkileşen mikroglia sitokin ve ROS etkinliğini sağlamaktadır. Buna karşın astrositlerde TNF-α dışında bir sitokin salınmamaktadır. Normal TREM2’e gelen sitokinler ve ROS sonucunda mikroglialarda fagositoz ve ROS üretimi etkin olmakla beraber sitokin üretimi azalmaktadır. TREM2 varyantında ise azalmış β-amiloid temizliği, artmış inflamasyon, hücresel yığının kaldırımında azalma ve AH riskinde artma görülmektedir[93]. (Senil plakları hücre dışında biriken amiloid plaklarına verilen addır.)


Sonuç olarak, mikrogliaların Alzheimer patogenezi üzerinde çok yönlü etkileri mevcuttur. Temelde mikrogliyaların nöronlarla sürekli etkileşim halinde olması ve birçok yönden nöronlara karşı koruyucu rol üstlenmesinin bir dezavantajı da sürecin patolojik bir hal alması durumunda var olan bu koruyucu özelliklerin yerini tehlikeli ve zararlı özelliklere bırakmasıdır. Gerek nöronlarda oluşan β-amiloid plaklarının ve tau proteinlerinin yarattığı işlev bozuklukları gerekse bu protein birikimlerinin yol açtığı inflamatif yanıtlar sinaps ve nöron kaybına neden olmaktadır. Oluşan bu proteinlerin varlığı erken dönemde mikrogliaların temizlediği yapılar iken sürecin patolojik bir hale gelmesinden itibaren mikrogliaların da bu proteinlerin oluşumunda rol oynadığı görülmektedir. Dolayısıyla mikrogliaların patolojik sürece kapılmaları Alzheimer patogenezinin bir halkasını oluşturmakla beraber diğer halkaların da oluşumunu beraberinde getirmektedir. Bu bilgiler ışığında, Alzheimer patogenezi için uygun tedavi yöntemlerinin geliştirilmesinde mikroglialar önemli tedavi edici bir hedef olarak görülmektedir.






Referanslar

1. Wake, H.; Moorhouse, A.J.; Miyamoto, A.; Nabekura, J. Microglia: Actively surveying and shaping neuronal circuit structure and function. Trends Neurosci. 2013, 36, 209–217. [CrossRef]

2. Pelvig, D.P.; Pakkenberg, H.; Stark, A.K.; Pakkenberg, B. Neocortical glial cell numbers in human brains. Neurobiol. Aging 2008, 29, 1754–1762. [CrossRef]

3. Kettenmann, H., Hanisch, U.-K., Noda, M., Verkhratsky, A., 2011. Physiology of microglia. Physiol. Rev. 91, 461–553. https://doi.org/10.1152/physrev.00011.2010.

4. Ginhoux, F., Greter, M., Leboeuf, M., Nandi, S., See, P., Gokhan, S., et al. (2010). Fate mapping analysis reveals that adult microglia derive from primitive macrophages. Science 330, 841–845. doi: 10.1126/science.1194637

5. Ginhoux, F., S. Lim, G. Hoeffel, D. Low, and T. Huber. 2013. Origin and differentiation of microglia. Front. Cell. Neurosci. 7:45. https ://doi .org /10 .3389 /fncel .2013 .00045

6. Beers DR, et al. Wild-type microglia extend survival in PU.1 knockout mice with familial amyotrophic lateral sclerosis. Proc Natl Acad Sci U S A. 2006;103(43):16021–16026.

7. Kierdorf K, et al. Microglia emerge from erythromyeloid precursors via Pu.1- and Irf8-dependent pathways. Nat Neurosci. 2013;16(3):273–280.

8. McKercher SR, et al. Targeted disruption of the PU.1 gene results in multiple hematopoietic abnormalities. EMBO J. 1996;15(20):5647–5658.

9. Schulz C, et al. A lineage of myeloid cells independent of Myb and hematopoietic stem cells. Science. 2012;336(6077):86–90.

10. Alliot F, Godin I, Pessac B. Microglia derive from progenitors, originating from the yolk sac, and which proliferate in the brain. Brain Res Dev Brain Res. 1999;117(2):145–152.

11. Ginhoux F, et al. Fate mapping analysis reveals that adult microglia derive from primitive macrophages. Science. 2010;330(6005):841–845.

12. Askew K, et al. Coupled Proliferation and Apoptosis Maintain the Rapid Turnover of Microglia in the Adult Brain. Cell Rep. 2017;18(2):391–405.

13. Dong, Y., Yong, V.W. When encephalitogenic T cells collaborate with microglia in multiple sclerosis. Nat Rev Neurol 15, 704–717 (2019). https://doi.org/10.1038/s41582-019-0253-6

14. Grabert K, et al. Microglial brain region-dependent diversity and selective regional sensitivities to aging. Nat Neurosci. 2016;19(3):504–516.

15. Pierre WC, Smith PL, Londono I, Chemtob S, Mallard C, Lodygensky GA. Neonatal microglia: The cornerstone of brain fate. Brain Behav Immun. 2017;59:333–345.

16. Parkhurst CN, et al. Microglia promote learning-dependent synapse formation through brain-derived neurotrophic factor. Cell.2013;155(7):1596–1609.

17. Udeochu JC, Shea JM, Villeda SA. Microglia communication: Parallels between aging and Alzheimer’s disease. Clin Exp Neuroimmunol. 2016;7(2):114–125

18. Nimmerjahn A, Kirchhoff F, Helmchen F. Resting microglial cells are highly dynamic surveillants of brain parenchyma in vivo. Science. 2005;308(5726):1314–1318.

19. Tremblay MÈ, Stevens B, Sierra A, Wake H, Bessis A, Nimmerjahn A. The role of microglia in the healthy brain. J Neurosci. 2011;31(45):16064–16069

20. Davalos D, et al. ATP mediates rapid microglial response to local brain injury in vivo. Nat Neurosci. 2005;8(6):752–758.

21. Haynes SE, et al. The P2Y12 receptor regulates microglial activation by extracellular nucleotides. Nat Neurosci. 2006;9(12):1512–1519

22. Beynon SB, Walker FR (2012) Microglial activation in the injured and healthy brain: what are we really talking about? Practical and theoretical issues associated with the measurement of changes in microglial morphology. Neuroscience 225:162–71

23. Kreutzberg GW (1996) Microglia: a sensor for pathological events in the CNS. Trends Neurosci 19:312–8

24. Raivich G, Bohatschek M, Kloss CU, Werner A, Jones LL, Kreutzberg GW (1999) Neuroglial activation repertoire in the injured brain: graded response, molecular mechanisms and cues to physiological function. Brain Res Brain Res Rev 30:77–105

25. Gordon S. Alternative activation of macrophages. Nat Rev Immunol. 2003;3(1):23–35.

26. Sarlus, H., & Heneka, M. T. (2017). Microglia in Alzheimer’s disease. Journal of Clinical Investigation, 127(9), 3240–3249. doi:10.1172/jci90606

27. Chiu IM, et al. A neurodegeneration-specific gene-expression signature of acutely isolated microglia from an amyotrophic lateral sclerosis mouse model. Cell Rep. 2013;4(2):385–401.

28. Holtman IR, et al. Induction of a common microglia gene expression signature by aging and neurodegenerative conditions: a co-expression meta analysis. Acta Neuropathol Commun. 2015;3:31.

29. Wes PD, Holtman IR, Boddeke EW, Möller T, Eggen BJ. Next generation transcriptomics and genomics elucidate biological complexity of microglia in health and disease. Glia 2016;64(2):197 213.

30. Fang, L., Gou, S., Fang, X., Cheng, L., Fleck, C., 2013. Current progresses of novel natural products and their derivatives/analogs as anti-Alzheimer candidates: an update. Mini-Reviews Med. Chem. 13, 870–887. https://doi.org/10.2174/ 1389557511313060009.

31. Zhao Y, Zhao B (2013) Oxidative stress and the pathogenesis of Alzheimer’s disease. Oxid Med Cell longev 25:2013

32. Selkoe, D.J., and J. Hardy. 2016. The amyloid hypothesis of Alzheimer’s disease at 25 years. EMBO Mol. Med. 8:595–608. https ://doi .org /10 .15252 /emmm .201606210

33. Szaruga, M., B. Munteanu, S. Lismont, S. Veugelen, K. Horre, M. Mercken, T.C. Saido, N.S. Ryan, T. De Vos, S.N. Savvides, et al. 2017. Alzheimer’s- Causing Mutations Shift Abeta Length by Destabilizing gamma-Secretase-Abetan Interactions. Cell. 170:443–456.

34. Zhou, Y., Sun, Y., Ma, Q., & Liu, Y. (2018). Alzheimer’s disease: amyloid-based pathogenesis and potential therapies. Retrieved 4 September 2021, from http://www.cell-stress.com/researcharticles/alzheimers-disease-amyloid-based-pathogenesis-and-potential-therapies/

35. Goate A, et al. Segregation of a missense mutation in the amyloid precursor protein gene with familial Alzheimer’s disease. Nature. 1991;349(6311):704–706.

36. Rogaev EI, et al. Familial Alzheimer’s disease in kindreds with missense mutations in a gene on chromosome 1 related to the Alzheimer’s disease type 3 gene. Nature. 1995;376(6543):775–778.

37. Sherrington R, et al. Cloning of a gene bearing missense mutations in early-onset familial Alzheimer’s disease. Nature. 1995;375(6534):754–760.

38. 55. Lambert JC, et al. Meta-analysis of 74,046 individuals identifies 11 new susceptibility loci for Alzheimer’s disease. Nat Genet. 2013;45(12):1452–1458.

39. Wang, S., & Colonna, M. (2019). Microglia in Alzheimer’s disease: A target for immunotherapy. Journal of Leukocyte Biology. doi:10.1002/jlb.mr0818-319r

40. Simard AR, Soulet D, Gowing G, Julien J-P, Rivest S. Bone marrowderived microglia play a critical role in restricting senile plaque formation in Alzheimer’s disease. Neuron. 2006;49:489–502.

41. Bolmont T, Haiss F, Eicke D, et al. Dynamics of the microglial/amyloid interaction indicate a role in plaque maintenance. J Neurosci. 2008;28:4283–4292

42. Hemonnot, A.-L., Hua, J., Ulmann, L., & Hirbec, H. (2019). Microglia in Alzheimer Disease: Well-Known Targets and New Opportunities. Frontiers in Aging Neuroscience, 11. doi:10.3389/fnagi.2019.00233

43. Griffin, W. S., Stanley, L. C., Ling, C., White, L., MacLeod, V., Perrot, L. J., et al. (1989). Brain interleukin 1 and S-100 immunoreactivity are elevated in Down syndrome and Alzheimer disease. Proc. Natl. Acad. Sci.U.S.A. 86, 7611–7615. doi: 10.1073/pnas.86.19.7611

44. Burguillos, M. A., Deierborg, T., Kavanagh, E., Persson, A., Hajji, N., Garcia- Quintanilla, A., et al. (2011). Caspase signalling controls microglia activation and neurotoxicity. Nature 472, 319–324. doi: 10.1038/nature09788

45. Heneka, M. T., Kummer, M. P., Stutz, A., Delekate, A., Schwartz, S., Vieira-Saecker, A., et al. (2013). NLRP3 is activated in Alzheimer’s disease and contributes to pathology in APP/PS1 mice. Nature 493, 674–678. doi: 10.1038/nature11729

46. Milner, M., Maddugoda, M., Götz, J., Burgener, S., & Schroder, K. (2020). The NLRP3 inflammasome triggers sterile neuroinflammation and Alzheimer’s disease. Current Opinion In Immunology, 68, 116-124. doi: 10.1016/j.coi.2020.10.011

47. He, Y., Duan, Y., & Kelley, N. (2020). Role of the NLRP3 inflammasome in neurodegenerative diseases and therapeutic implications. Neural Regeneration Research, 15(7), 1249-1250. doi: 10.4103/1673-5374.272576

48. Schafer, D. P., Lehrman, E. K., Kautzman, A. G., Koyama, R., Mardinly, A. R., Yamasaki, R., et al. (2012). Microglia sculpt postnatal neural circuits in an activity and complement-dependent manner. Neuron 74, 691–705. doi: 10. 1016/j.neuron.2012.03.026

49. Stephan, A. H., Barres, B. A., and Stevens, B. (2012). The complement system: an unexpected role in synaptic pruning during development and disease. Annu. Rev. Neurosci. 35, 369–389. doi: 10.1146/annurev-neuro-061010-113810

50. Veerhuis, R., Nielsen, H. M., and Tenner, A. J. (2011). Complement in the brain. Mol. Immunol. 48, 1592–1603. doi: 10.1016/j.molimm.2011.04.003

51. Daborg, J., Andreasson, U., Pekna, M., Lautner, R., Hanse, E., Minthon, L., et al. (2012). Cerebrospinal fluid levels of complement proteins C3, C4 and CR1 in Alzheimer’s disease. J. Neural Transm. 119, 789–797. doi: 10.1007/s00702-012- 0797-8

52. Wyss-Coray, T., Yan, F., Lin, A. H.-T., Lambris, J. D., Alexander, J. J., Quigg, R. J., et al. (2002). Prominent neurodegeneration and increased plaque formation in complement-inhibited Alzheimer’s mice. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 99, 10837–10842. doi: 10.1073/pnas.162350199

53. Maier, M., Peng, Y., Jiang, L., Seabrook, T. J., Carroll, M. C., and Lemere, C. A. (2008). Complement C3 deficiency leads to accelerated amyloid plaque deposition and neurodegeneration and modulation of the microglia/macrophage phenotype in amyloid precursor protein transgenic mice. J. Neurosci. 28, 6333–6341. doi: 10.1523/jneurosci.0829-08.2008

54. Fu, H., Liu, B., Frost, J. L., Hong, S., Jin, M., Ostaszewski, B., et al. (2012). Complement component C3 and complement receptor type 3 contribute to the phagocytosis and clearance of fibrillar Ab by microglia. Glia 60, 993–1003. doi: 10.1002/glia.22331

55. Czirr, E., Castello, N. A., Mosher, K. I., Castellano, J. M., Hinkson, I. V., Lucin,K. M., et al. (2017). Microglial complement receptor 3 regulates brain Ab levels through secreted proteolytic activity. J. Exp. Med. 214, 1081–1092. doi: 10.1084/jem.20162011

56. Lian, H., Litvinchuk, A., Chiang, A. C.-A., Aithmitti, N., Jankowsky, J. L., and Zheng, H. (2016). Astrocyte-microglia cross talk through complement activation modulates amyloid pathology in mouse models of Alzheimer’s disease. J. Neurosci. 36, 577–589. doi: 10.1523/jneurosci.2117-15.2016

57. Nixon, R. A., Wegiel, J., Kumar, A., Yu, W. H., Peterhoff, C., Cataldo, A., et al. (2005). Extensive involvement of autophagy in Alzheimer disease: an immunoelectron microscopy study. J. Neuropathol. Exp. Neurol. 64, 113–122. doi: 10. 1093/jnen/64.2.113

58. Lee, J. H., Yu, W. H., Kumar, A., Lee, S., Mohan, P. S., Peterhoff, C. M., et al. (2010). Lysosomal proteolysis and autophagy require presenilin 1 and are disrupted by Alzheimer-related PS1 mutations. Cell 141, 1146–1158. doi: 10.1016/j.cell.2010. 05.008

59. Halle, A., Hornung, V., Petzold, G. C., Stewart, C. R., Monks, B. G., Reinheckel, T., et al. (2008). The NALP3 inflammasome is involved in the innate immune response to amyloid-b. Nat. Immunol. 9, 857–865. doi: 10.1038/ni.1636

60. Tenner, A. J. (2020). Complement-Mediated Events in Alzheimer’s Disease: Mechanisms and Potential Therapeutic Targets. The Journal of Immunology, 204(2), 306–315. doi:10.4049/jimmunol.1901068

61. Paolicelli, R. C., Bolasco, G., Pagani, F., Maggi, L., Scianni, M., Panzanelli, P., et al. (2011). Synaptic pruning by microglia is necessary for normal brain development. Science 333, 1456–1458. doi: 10.1126/science.1202529

62. Hoshiko, M., Arnoux, I., Avignone, E., Yamamoto, N., and Audinat, E. (2012). Deficiency of the microglial receptor CX3CR1 impairs postnatal functional development of thalamocortical synapses in the barrel cortex. J. Neurosci. 32, 15106–15111. doi: 10.1523/JNEUROSCI.1167-12.2012

63. Lyons, A., Lynch, A. M., Downer, E. J., Hanley, R., O’Sullivan, J. B., Smith, A., et al. (2009). Fractalkine-induced activation of the phosphatidylinositol-3 kinase pathway attentuates microglial activation in vivo and in vitro. J. Neurochem. 110, 1547–1556. doi: 10.1111/j.1471-4159.2009.06253.x

64. Cardona, A. E., Pioro, E. P., Sasse, M. E., Kostenko, V., Cardona, S. M., Dijkstra, I. M., et al. (2006). Control of microglial neurotoxicity by the fractalkine receptor. Nat. Neurosci. 9, 917–924. doi: 10.1038/nn1715

65. Keren-Shaul, H., Spinrad, A., Weiner, A., Matcovitch-Natan, O., Dvir-Szternfeld, R., Ulland, T. K., et al. (2017). A unique microglia type associated with restricting development of Alzheimer’s disease. Cell 169, 1276–1290.e17. doi: 10.1016/j.cell.2017.05.018

66. Kim, T. S., Lim, H. K., Lee, J. Y., Kim, D. J., Park, S., Lee, C., et al. (2008). Changes in the levels of plasma soluble fractalkine in patients with mild cognitive impairment and Alzheimer’s disease. Neurosci. Lett. 436, 196–200. doi: 10.1016/j.neulet.2008.03.019

67. Fuhrmann, M., Bittner, T., Jung, C. K. E., Burgold, S., Page, R. M., Mitteregger, G., et al. (2010). Microglial Cx3cr1 knockout prevents neuron loss in a mouse model of Alzheimer’s disease. Nat. Neurosci. 13, 411–413. doi: 10.1038/nn.2511

68. Haynes, S. E., Hollopeter, G., Yang, G., Kurpius, D., Dailey, M. E., Gan, W.-B., et al. (2006). The P2Y12 receptor regulates microglial activation by extracellular nucleotides. Nat. Neurosci. 9, 1512–1519. doi: 10.1038/ nn1805

69. Butovsky, O., Jedrychowski, M. P., Moore, C. S., Cialic, R., Lanser, A. J., Gabriely, G., et al. (2014). Identification of a unique TGF-b–dependent molecular and functional signature in microglia. Nat. Neurosci. 17, 131–143. doi: 10.1038/nn. 3599

70. Jay, T. R., Miller, C. M., Cheng, P. J., Graham, L. C., Bemiller, S., Broihier, M. L., et al. (2015). TREM2 deficiency eliminates TREM2+ inflammatory macrophages and ameliorates pathology in Alzheimer’s disease mouse models. J. Exp. Med. 212, 287–295. doi: 10.1084/jem.20142322

71. Walker, D.G.; Tang, T.M.; Mendsaikhan, A.; Tooyama, I.; Serrano, G.E.; Sue, L.I.; Beach, T.G.; Lue, L.-F. Patterns of Expression of Purinergic Receptor P2RY12, a Putative Marker for Non-Activated Microglia, in Aged and Alzheimer’s Disease Brains. Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 678. https://doi.org/10.3390/ijms21020678

72. Corder, E. H., Saunders, A. M., Strittmatter, W. J., Schmechel, D. E., Gaskell, P. C., Small, G. W., et al. (1993). Gene dose of apolipoprotein E type 4 allele and the risk of Alzheimer’s disease in late onset families. Science 261, 921–923.

73. Serrano-Pozo, A., Qian, J., Monsell, S. E., Betensky, R. A., Hyman, B. T., and Massachusetts Alzheimer, P. (2015). APOE+2 is associated with milder clinical and pathological Alzheimer’s disease. Ann. Neurol. 77, 917–929. doi: 10.1002/ ana.24369

74. Strittmatter, W. J., Weisgraber, K. H., Huang, D. Y., Dong, L.-M., Salvesen, G. S., Pericak-Vance, M., et al. (1993). Binding of human apolipoprotein E to synthetic amyloid, B peptide: isoform-specific effects and implications for late-onset Alzheimer disease. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 90, 8098–8102.