The effect of vitaminD3 on subtypes of S100 in streptozotocin (STZ)-induced diabetic rat model

Abstract

The International Diabetes Federation (IDF) Diabetes Atlas (2021) reveals a global diabetes prevalence of 10.5% among the adult population (20-79 years). Diabetes Mellitus (DM), characterized by elevated blood sugar levels, is a prevalent metabolic disorder stemming from intricate genetic and environmental factors and involves increased non-enzymatic glycation, leading to toxic glucose derivatives known as advanced glycation end products (AGEs). S100 proteins, damage-associated molecular pattern proteins expressed in various organs, play diverse physiological and pathological roles. AGEs and S100 proteins interaction with receptor for advanced glycation end products (RAGE), contribute to oxidative stress and inflammation, linking them to diabetes-related cognitive impairment. Vitamin D3 (Vit-D3), a secosteroid hormone, exerts genomic influences through vitamin D receptor (VDR) and rapid effects via cell membrane receptors like membrane-associated rapid response steroid-binding protein (MARRSBP), triggering neuroprotective and anti-inflammatory responses. In this study, in the diabetic rat model induced by a single dose of streptozotocin (STZ) (intraperitoneal injection of 65 mg/kg), the changes in S100 protein subtypes, S100B, and S100A8/A9 (calprotectin) in serum and hippocampus samples were assessed using ELISA, focusing on Vit-D3's impact. Also, cognitive changes were assessed through the eight-arm radial maze test (RAM). The results indicate that the hippocampal RAGE, calprotectin, S100B, and insulin, along with the serum level of calprotectin, significantly increased in both the STZ and Vit-D3 groups compared to the control group; however, a significant increase in serum RAGE levels was detected only in the STZ group. The rotarod test results indicated a significant decrease in the time spent on the spindle by the STZ group, and the RAM test revealed reduced correct arm choices and prolonged latency in the STZ group. The administration of Vit-D3 was observed to reduce the increased serum RAGE levels and reverse these negative effects on motor performance and memory.

Uluslararası Diyabet Federasyonu (IDF) Diyabet Atlası (2021), 20-79 yaş aralığındaki yetişkin nüfusunda küresel olarak %10,5 diyabet prevalansını ortaya koymaktadır. Yüksek kan şeker seviyeleri ile karakterize edilen diyabet, karmaşık genetik ve çevresel faktörlerden kaynaklanan yaygın bir metabolik bozukluktur. Diyabet, enzimatik olmayan glikasyonun arttığı, toksik glikoz türevleri olarak bilinen ileri glikasyon son ürünlerinin (AGE'ler) birikimine yol açar. S100 proteinleri, çeşitli organlarda ifade edilen, çeşitli fizyolojik ve patolojik rolleri olan hasar ile ilişkili moleküler model proteinleridir. AGE'ler ve S100 proteinleri, ileri glikasyon son ürünlerin reseptörüne (RAGE) bağlandığında, oksidatif stres ve inflamasyona katkıda bulunarak, bunları diyabetle ilişkilendiren bilişsel bozulmaya neden olurlar. Vitamin D3 (Vit-D3), genomik düzeyde etki eden bir sekosteroid hormondur ve vitamin D reseptörüne (VDR) bağlanarak çeşitli genlerin aktivitesini etkiler. Ayrıca, Vit-D3'ün hücre membranındaki farklı reseptörler aracılığıyla, hızlı yanıtlar ile nörokoruyucu ve anti-inflamatuar tepkilere yol açtığı bulunmuştur. Bu çalışmada, tek doz (65 mg/kg intraperitoneal enjeksiyon ile) streptozotocin (STZ) kullanılarak oluşturulan sıçan diyabet modelinde, serum ve hipokampus örneklerinde S100 protein alt tipleri olan S100B ve S100A8/A9 (kalprotektin) üzerindeki değişikliklere odaklanılmış ve Vit-D3'ün etkisi değerlendirilmiştir. Ayrıca, sekiz kollu radyal labirent testi (RAM) aracılığıyla bilişsel değişiklikler gözlemlenmiştir. Çalışmanın sonuçlarına göre, hem STZ hem de Vit-D3 gruplarında hippokampal RAGE, kalprotektin, S100B ve insülinde ve serum kalprotektin seviyesinde kontrol grubuna göre anlamlı bir artış gözlenmiş; ancak, serum RAGE seviyelerinde anlamlı bir artış sadece STZ grubunda saptanmıştır. Kalprotektin seviyelerinde bir değişiklik olmamasına rağmen, Vit-D3 uygulamasının serumdaki artan RAGE seviyelerini azalttığı görülmüştür. Rotarod testi sonuçlarında, STZ grubundaki sıçanların dönen mil üzerinde kalma süresin azaldığı, RAM testi sonuçlarında ise STZ grubunda doğru kol seçimlerin azaldığı ve latens süresinin uzadığı görülürken, Vit-D3 uygulamasının bu motor performans ve bellek üzerindeki olumsuz etkileri düzeltici bir etkisinin olduğu gözlemlenmiştir.