Investigation of combined biological roles of Neuraminidase 1 and GD3 synthase enzymes in glycolipid metabolism

Abstract

Neuraminidases or sialidases are classified enzymes hydrolases the sialic acid residues from the glycoconjugates. In vertebrates, so far four different neuraminidases have been identified having distinct roles besides degradation of glycoconjugates. Neuraminidases differ in subcellular locations where Neuraminidase 1 is mainly localized in lysosomes having crucial regulatory roles and forms a multienzyme complex with protective protein/cathepsin A and ß-galactosidase. Only Neu1 is recognized when its functions or a component from the complex they together forged are defected, resulting two severe lysosomal storage disorders, sialidosis and galactosialidosis. To shed light on these disorders, Neu1-/- mice model lacking the enzyme was generated. By addition of sialic acid residue to the structure of Glycosphingolipids (GSLs), complex sugars in the membrane surface that provide special properties to cell, gangliosides are generated that further processed into 0-, a-, -b, -c series. Since the function of Neu1 in Glycosphingolipid pathway is unclear, to investigate the role of Neu1in this pathway, Neu1-/- mice crossed with the mice lacking b-and c- series of gangliosides, the GD3S-/- mice are used to generate Neu1-/-GD3S-/- mice. Even though mice showed indifferent ganglioside profile with a thin layer chromatography, they displayed decreased apoptotic signals and ER-stress markers with RT-PCR. However, western blotting and immunohistochemical studies revealed severe cell death in the brain. Moreover severe behavioral deficits were observed with open field and rotarod tests. The effects of b- and c- series of gangliosides on double knock-out mice still require further research that might reveal important roles in terms of cell death mechanism

Nöraminidazlar, diğer bir ismi ile siyalidazlar, siyalik içeren şekerlenmiş konjuge yapılardaki siyalik asit moleküllerini hidrolize eden enzimler olarak sınıflandırılmışlardır. Günümüzde omurgalılarda birbirlerinden farklı işlevlere sahip olan dört adet siyalidaz keşfedilmiştir. Nöraminidazlar, işlevleri açısından hücre içi konumlanmasında farklılık göstermektedir. Nöraminidaz 1 (Neu1), lizozomlarda bulunan ve işlev görebilmesi için iki farklı yapı olan katepsin A (PPCA) ve ß-galaktosidaz (ß-gal) ile multienzimkompleksi oluştururlar. Siyalidazlar arasında sadece Neu1 eksikliğinde veya oluşturduğu enzim kompleksinde meydana gelen bozukluklar sonucunda iki farklı lizozomal depo hastalığı olan siyalidoz ve galaktosiyalidoz hastalığı görülmektedir. Hastalıklar meydana gelen mutasyonlara göre farklılık gösterebilmektedirir. Neu1 enziminin işlevlerinin öğrenilmesi için farelerde işlevsiz olan Neu1-/- fare modeli yaratılmıştır. Glikosifingolipitler (GSL) bir çeşit kompleks şekerler olan hücre yüzeyinde gerçekleşen rastgele yaşanan olaylara iletişim sağlayarak hücreye derinlik katan moleküllerdir. Bu yapılara siyalik asit eklenmesi ile gangliyositler meydana gelmektedir ve daha sonrasında 0-, a-, b-, c- serisi gangliyositler olarak özelleşmektedirler. Neu1 enziminin GSL yolağındaki görevi ile sınırlı sayıda kanıt bulunmaktadır. Dolayısıyla Neu1 enziminin GSL yolağındaki rolünün araştırılması için Neu1-/- fare modeli ile yapısında –b ve c- gangliyositlerinden yoksun GD3S-/- faresi ile Neu1-/-GD3S-/- faresi elde edilmiştir. Yapılan araştırmalar sonucu farenin GSL yolağında ince tabaka kromatografisi ile belirgin bir fark görülmezken, mRNA düzeyinde apoptoz ve ER-stres bağlantılı belirteçler azalırken protein ve imminohistokimyasal analizler ile ciddi hücre ölümüne rastlanılmıştır. Bu sonuçlara ek olarak rotarod ve açık alan testleriyle ciddi derecede davranış bozuklukları sergilemişlerdir. Bu sonuçlar, b- ve c- gangliyositlerin Neu1-/-GD3S-/- faresindeki biyolojik belirteçlerin aydınlanması için başka araştırmalara da ihtiyaç duyulduğunu belirtirken, hücre ölümü mekanizmasının aydınlanmasında önemli bir potansiyel oluşturmaktadır.