Testosteron Yeni Beyin Hücrelerinin Hayatta Kalmasına Yardımcı Oluyor, Zamanlama Kritik Rol Oynayabilir

Erkek farelerde yapılan yeni araştırmalar, testosteron maruziyetinin zamanlaması ve süresinin, yeni oluşan beyin hücrelerinin olgunluğa ererek hayatta kalıp kalmaymasını etkileyebileceğini gösteriyor. Neuroscience dergisinde yayımlanan çalışma, testosteronun genç nöronların hayatta kalmasını artırma konusunda muhtemelen gelişimlerinin sonraki aşamalarında, özellikle mekansal öğrenme ve bellekle ilişkili hippocampus’un bir bölgesinde en etkili olabileceğini işaret ediyor. Bu bulgular, erkek cinsiyet hormonlarının yetişkinlikte beyin plastikliğini nasıl desteklediğine dair yeni bir bakış açısı sunuyor.

Yetişkinlikte nöronogenez, olgun beyinin bölünen kök hücrelerden yeni işlevsel sinir hücreleri ya da nöronlar üretmesi biyolojik sürecidir. Bu süreç büyük ölçüde hippocampus içinde gerçekleşir; hippocampus, beyinin temporal lobunun derinlerinde yer alan, akbalığına benzer biçimde bir yapıdır ve öğrenme, bellek oluşumu ve stres düzenlemesi için esastır. Belirli olarak, yeni hücreler, hippocampus’un dentate gyrus adı verilen alt bölgesi içinde yer alan, subgranüler bölge olarak adlandırılan ince doku bantında doğar.

Bu öncü hücreler bölündükten sonra, komşu granüler hücre tabakasına göç ederler ve hippocampus’un diğer bölgelerine iletişim lifleri uzatmaya başlarlar. Birkaç hafta içinde hayatta kalan hücreler, yüksek düzeyde uyarılabilir ve uyumludur, beyinin yeni devirler oluşturmasına ve yeni bellekleri depolamasına yardımcı olan işlevsinöronlara olgunlaşırlar. Ancak, hippocampus’ta üretilen yeni hücrelerin yaklaşık yarısı, beyin ağına tam olarak bütünleşemeden ilk ay içinde doğal olarak ölür.

Hormonlar, bu genç hücrelerden kaçının hayatta kaldığını düzenleyen başlıca iç faktörler arasındadır. Başlı erkek cinsiyet hormonu olan testosteron, erkeklerde yaş ilerledikçe doğal olarak azalır ve dolaşımdaki düşük hormon seviyeleri, yaşa bağlı bellek kaybı ve demans riskinin artmasıyla ilişkilendirilmiştir; yaşlı erkeklerde bellek için testosteron tedavisini test eden klinik deneylerin sonuçları ise karışıktır. Vücutta ve beyinde testosteron, androgen reseptörlerine doğrudan etki edebilir ya da enzimlerce, östrojenin bir formu olan estradiol ya da güçlü bir androgen olan dihidrotestosteron gibi diğer aktif hormonlara dönüştürülebilir.

“Artan klinik kanıtlar, testosteronun yaşlı erkeklerde belleği iyileştirebilir ya da sürdürebileceğini, Alzheimer hastalığı dahil olmak üzere yaşa bağlı bellek kaybının riskini ve şiddetini potansiyel olarak azaltabileceğini gösteriyor.” diye konuştu çalışmanın kıdemli yazarı, Middlebury College’da biyoloji profesörü olan Mark D. Spritzer, PsyPost’a. “Testosteronun bu etkileri yaratmasının olası mekanizmalarından biri, beyinde bir nörokoruyucu olarak hareket etmesidir. Hippocampus, öğrenme ve bellek için esastır ve yaşla birlikte bozulan bir beyin bölgesidir.”

Erkek farelerde yapılan önceki deneyler, testislerin ve dolayısıyla testosteronun başlıca kaynağının alınmasının, yeni hippocampal hücrelerin doğma hızını değiştirmediğini, ancak bu yeni hücrelerden kaçının hayatta kalmasını önemli ölçüde azalttığını gösteriyor. Testosteronun 30 gün ardışık olarak günlük enjeksiyonlarla geri getirilmesi, bu genç nöronları güvenilir biçimde kurtarabiliyor. Buna karşılık, 15 ile 21 gün arasında değişen daha kısa tedavi pencereleri kullanan birkaç çalışma, hücre hayatta kalması için bir fayda bulamadı; aynı araştırma grubunun yakın zamanda yaptığı bir deney ise, hücre doğumundan 11 ile 15. günler arasında verilen kısa süreli beş günlük bir testosteron patlamasının hayatta kalmayı iyileştirdiğini gösterdi.

Bu örüntü, testosteronun yeni nöronları korumak için tam bir ay boyunca birikmesi gerekkip gerekmediğini ya da genç hücrelerin yalnızca belirli gelişim aşamalarında hormona daha hassas olduğunu sorularını doğurdu. Doğumdan 11 ile 30. günler arasında, olgunlaşan nöronlar, diğer beyin bölgeleriyle aktif bağlantılar ya da sinapslar oluşturmaya başladıkları hassas bir pencere geçirir. Aynı zaman diliminde, GABA adı verilen bir nörotransmitterden kimyasal sinyaller, genç hücreleri uyarırdan onları baskılayana kadar kayar; bu geçiş, uygun olgunlaşmayı destekler.

“Testosteron enjeksiyonlarının yetişkin nörojenizi (yeni nöronların çoğalması ve olgunlaşması) hipokampus içinde artırabileceğini daha önce göstermiştik” diyen Spritzer, “Ancak nöron gelişiminin belirli dönemlerinin testosterondan daha güçlü etkilenip etkilenmediğini bilmiyorduk. Bu nedenle güncel deney, kemirgenlere nöral gelişimin farklı evrelerinde testosteron verilerek yetişkin nörojenizi üzerindeki etkilerin değerlendirilmesini içeriyor. Asıl amaç, testosteronun beyin ve biliş üzerindeki etkisini daha iyi anlamak.”

Önceki çalışmalarındaki çelişkileri çözmek için Spritzer, birinci yazar Tatum W. Hamilton ve Middlebury College’daki meslektaşları, testosterona maruz kalmanın farklı dönemlerinin 30 günlük yaşa kadar nöron hayatta kalmasını nasıl etkilediğini test etmek üzere bir deney tasarladı. Doğrudan tam 30 günlük tedavi ile hücrelerin 30 günlük olgunlaşma döneminin ilk yarısını ya da ikinci yarısını kapsayan iki ayrı 15 günlük tedavi karşılaştırıldı.

Araştırmacılar, çalışma başında yaklaşık 60 günlük olan 43 yetişkin erkek Sprague-Dawley kemirgeniyle çalıştı. Tüm kemirgenler sosyal değişkenleri kontrol altına almak için bireysel kafeslerde tutuldu; önceki çalışmalar, testosteronun beyin üzerindeki etkilerinin bireysel kafeslerdeki hayvanlarda tespit edilmesinin daha kolay olduğunu göstermişti. Laboratuvara geldikten bir hafta sonra tüm kemirgenlerin doğal testosteron kaynağını ortadan kaldırmak için cerrahi kastrasyon uygulandı böylece bilim insanları hormon seviyelerini enjeksiyonlarla hassas şekilde kontrol edebildi.

Cerrahiden 11 gün sonra her kemirgen, bromodeoxyuridine (BrdU) adı verilen ve yaygın olarak BrdU olarak bilinen sentetik bir bileşikten tek doz karın içi enjeksiyon aldı. Hücreler bölündüğünde BrdU’yu yeni sentezledikleri DNA’ya dahil eder ve bu durum enjeksiyondan sonraki kısa pencerede doğan hücre grubunu kalıcı olarak işaretler. 30 gün beklenip beyinde kaç adet BrdU ile işaretli hücrenin kaldığı sayılarak, o belirli hücre neslinin hayatta kalma oranı ölçülebilir.

BrdU enjeksiyonundan sonraki günden itibaren kemirgenler, her biri altı ila sekiz hayvandan oluşan altı gruba ayrıldı. Grupların yarısı, hayvan başına 0,500 miligramlık yüksek fizyolojik dozda günlük testosteron propiyonat enjeksiyonu aldı; aynı grubun önceki çalışmaları, 0,125 miligramlık daha düşük dozun yeni nöron hayatta kalması üzerinde etkisi olmadığını bulmuştu. Diğer yarısı karşılaştırma kontrolü olarak etkisiz susam yağı enjeksiyonu aldı. Bu enjeksiyonlar, BrdU işaretlemesinden sonra gelen üç zaman penceresinden birinde verildi: erken dönem (1. ile 15. günler), geç dönem (16. ile 30. günler) ya da tam dönem (1. ile 30. günler).

31. günde araştırmacılar hormon seviyelerini doğrulamak için kan örnekleri aldı ve kemirgenlerin beyinlerini mikroskobik analiz için çıkardı. Tüm hipokampusu ince dilimlere böldüler ve BrdU ile işaretli hücreleri ışık mikroskobunda görünür kılmak için kimyasal boyama teknikleri kullandılar. Her kemirgenin hangi tedavinin uygulandığını görmeyen bir araştırmacı, granül hücre tabakasındaki ve granül altı zondaki etiketli hücreleri, ayrıca nörojenik bölgeye özgü değişiklik olup olmadığını kontrol etmek için komşu bir bölge olan hilusta sayım yaptı.

Ekip hücre sayılarını, bu iki bölgenin farklı işlevler üstlenmesi nedeniyle dentate gyrusun dorsel (üst/ön) ve ventral (alt/arka) kısımları arasında da böldü. Dorsel hipokampus öncelikle mekânsal yön bulma ve hafıza ile, ventral hipokampus ise başlıca stres ve kaygının düzenlenmesiyle ilişkilidir. Son olarak, lazer taramalı konfokal mikroskop ve floresan işaretleyiciler kullanarak her kemirgen için rastgele seçilen 50 BrdU ile işaretli hücreye bakıldı ve bunlardan kaçının olgun nöronlarda bulunan nükleer bir protein olan NeuN’u da içerip içermediği incelendi.

Kan taramaları, geç dönemde ve tam 30 günlük dönemde testosteron alan kemirgenlerin deney sonunda yükselmiş serum testosteron konsantrasyonlarına sahip olduğunu doğruladı; ortalaması mililitrede yaklaşık 5,7 nanogram olan bu değer, yağ tedavisini alan gruplarla 16 gün önce hormon enjeksiyonlarını kesmiş olan erken dönem testosteron grubunda mililitrede 0,3 nanogramdan daha azdı.

Dentate gyrusun tamamında testosteron alan sıçanların, yağ verilen sıçanlara göre nörojenik bölgede hayatta kalan BrdU ile etiketli hücre sayıları daha yüksekti. Her zaman penceresi içinde hormon ve grupları karşılaştıran planlı istatistiksel karşılaştırmalar, tüm yapı boyunca yalnızca tam 30 günlük testosteron tedavisinin istatistiksel olarak anlamlı bir artış sağladığını gösterdi. Geç pencerede (16. ile 30. günler) testosteron alan sıçanlar, tüm dentate gyrus boyunca hücre hayatta kalımında istatistiksel olarak anlamlı olmaya çok yakın bir eğilim gösterdi; erken tedavi (1. ile 15. günler) ise etkisiz kaldı.

“Sonuçlar, testosteronun ekleyici (additif) bir etkiye sahip olabileceğini gösteriyor; bu yenilikçi bir bulgu,” dedi Spritzer. “Yani, testosterona daha uzun süre maruz kalmak, nörojenisi daha büyük ölçüde artırdı.”

Araştırmacılar dorsel ve ventral bölgeleri ayrı ayrı incelediklerinde daha spesifik bir örüntü ortaya çıktı. Dorsel dentate gyrusta testosteron, hem tam 30 günlük grupta hem de 16-30 günlük geç grupta hücre hayatta kalımını artırdı; erken 1-15 günlük grup ise yağ enjeksiyonlarına karşı bir fayda göstermedi. Ventral dentate gyrusta ise testosteron, üç tedavi penceresinin hiçbirinde hücre hayatta kalımını etkilemedi; ancak erken dönemde enjeksiyon alan sıçanlar, hormon ya da yağ almalarından bağımsız olarak, bu bölgede geç ya da tam dönemde enjeksiyon alan sıçanlara göre beklenmedik şekilde daha az hayatta kalan hücre gösterdi.

Fluoresan mikroskopi, tüm gruplarda testosteron yağ alımından bağımsız olarak hayatta kalan BrdU etiketli hücrelerin yaklaşık %79 ile %87’sinin NeuN-pozitif nöronlara olgunlaştığını doğruladı. Hormon, nörona dönüşen yeni hücrelerin oranını değiştirmediği için, daha yüksek BrdU sayıları daha çok sayıda hayatta kalan yeni nöron olarak yorumlanabilir. Dentate gyrusun toplam doku hacminde ya da komşu hilus bölgesindeki hücre sayılarında tedavi farkı bulunmadı.

Bu sonuçlar birlikte alındığında, dorsel hipokampüste olgunlaşan nöronların, iki ile dört haftalık oldukları dönemde testosterona karşı özellikle duyarlı göründüğünü öne sürüyor. Alan öğrenmesini yöneten dorsel hipokampus nedeniyle yazarlar, bu bölgesel duyarlılığın, testosteronun erkek sıçanlarda alan çalışma belleğini iyileştirdiğini gösteren geçmiş davranışsal deneylerle uyumlu olduğunu belirtiyor. Hormon, bu geç pencerede programlı hücre ölümünü engelleyerek, beyin kaynaklı nörotrofik faktör gibi destekleyici büyüme proteinlerini artırarak ya da genç nöronların mevcut beyin devrelerine bağlanırken GABA sinyallerinin geçişine yardımcı olarak yeni hücrelerin korunmasına yardımcı olabilir.

“Yetişkin nörojenisini artırdığımızı gösterdik ve etkilerin nöron gelişiminin sonraki aşamalarında en güçlü olduğu görüldü,” dedi Spritzer. “Bu sonuçlar, testosteronun özellikle erkeklerde nöroplastisiteyi sürdürmeye yardımcı olabilecek faydalı bir terapötik hedef olabileceğini öne sürüyor.”

Bu bulguları yorumlarken aklda tutulacak birkaç nokta var. İlki, deneyin sosyal izole edilmiş, cerrahi olarak orşiektomi edilmiş yetişkin yaşındaki sıçanlarla yürütülmesi; bu, günlük hayatta yaşlanan erkeklerin yaşadığı kademeli, kısmi hormon azalmasını yansıtmıyor. İkincisi, tam ve geç gruplar için kan ve beyin dokusunun son testosteron enjeksiyonundan 24 saat sonra toplanması, ancak erken grup için son enjeksiyondan 16 gün sonra toplanmasıydı. Yazarlar, bu boşluğun erken tedavinin neden faydasız kaldığını açıklamaya yardımcı olabileceğini öne sürüyor; ancak bu açıklamanın, yeni hücrelerin gelişim boyunca düzenli bir hızda ölmesi gerektiğini varsayması gerekiyor ve bu da önceki araştırmalar tarafından desteklenmiyor.

“Bu, sıçanlarla yürütülen klinik öncesi bir araştırmaydı, dolayısıyla doğrudan insana genellenemez,” uyardı Spritzer. “Ancak, testosteronun terapötik değere sahip olabileceğine işaret ediyor. Önemli olan, yüksek bir fizyolojik dozda testosteron kullandığımız ve geçmiş insan klinik çalışmalarında doz seviyelerinin dikkatlice değerlendirilmediğiydi.”

Spritzer aynı zamanda hücre hayatta kalımını sınırsız artırmanın mutlaka amaç olması gerektiğini de belirtmedi. “Nörojenisi araştırmadaki zorluklardan biri, her zaman daha fazlasının daha iyi olduğu varsayımıdır,” diye ekledi. “En iyi beyin işlevi için muhtemelen ideal bir yetişkin nörojenisi seviyesi vardır.”

Ayrıca genel istatistiksel analiz, testosteronun etkisinin üç zaman penceresi boyunca farklılık göstermediğini göstermediği için, zamanlamaya dair sonuçlar, her biri grup başına yalnızca altı ila sekzer fare içeren, her pencerenin kendi içindeki ayrı karşılaştırmalara dayanıyor. Çalışma, hücrelerin içindeki moleküler yolları doğrudan ölçmediği için, testosteronun 16 ile 30 gün arasındaki pencerede androgen reseptörleri, estrogen reseptörleri yoksa aşağı yönlü büyüme faktörleri üzerinden mi etki ettiğinin belirsiz kaldığı söylenebilir. Ayrıca fazladan oluşan nöronların öğrenme veya bellekte iyileşmeye yol açıp açmadığını da test etmedi. Gelecek çalışmaların bu spesifik moleküler mekanizmaları sınaması ve benzer zamanlama etkilerinin daha yaşlı hayvanlarda veya dişilerde de geçerli olup olmadığını incelemesi gerekecek.

“Nöral gelişimin testosteron tarafından etkilenen aşamaları hakkında daha fazla bilgi edindiğimize göre, moleküler mekanizmanın değerlendirilmesi önemli olacak,” dedi Spritzer. “Testosteron beyinde metabolize edilir ve muhtemelen nöral gelişim üzerinde birçok etkiye sahiptir; bunların araştırılması gerekir.

“Yetişkin erkek farelerin dentate gyrus’unda yeni nöronların hayatta kalması üzerinde testosteronun etkileri” başlıklı çalışma, Tatum W. Hamilton, Ezra J. LeMole, Grace K. Nadecki, Jordan M. Gardner, Quinn P. Kennedy, Kathryn A. Blek ve Mark D. Spritzer tarafından yazıldı.