Ανίχνευση Πολυμορφισμών στο γονίδιο DNAJC11 σε ασθενείς με Αμυοτροφική Πλευρική Σκλήρυνση

Abstract

Ο νευροεκφυλισμός είναι ένας γενικός όρος που χρησιμοποιείται για να περιγράψει τη προοδευτική απώλεια της δομής ή της λειτουργίας των νευρώνων με τελικό στάδιο την απώλειά τους και την εκδήλωση νόσων όπως Alzheimer, Parkinson, Huntington και Αμυοτροφική Πλευρική Σκλήρυνση (ALS). Τα τελευταία χρόνια όλο ένα και περισσότερες μελέτες συγκλίνουν στην διαπίστωση ότι ένας κοινός παράγοντας στις νευροεκφυλιστικές ασθένειες είναι η δυσλειτουργία ή η ανώμαλη δομή των μιτοχονδρίων, χωρίς ωστόσο να είναι γνωστοί οι παθογενετικοί μηχανισμοί που οδηγούν στον νευροεκφυλισμό. Για το σκοπό αυτό, υπάρχει ανάγκη ανακάλυψης των γονιδίων που είναι υπεύθυνα για την εμφάνιση των νευροεκφυλιστικών ασθενειών ώστε να κατανοηθεί η γενετική τους βάση και να βρεθούν νέες θεραπείες. Η ερευνητική ομάδα της κ. Ντούνη δημιούργησε πρόσφατα ένα νέο νευρομυϊκό φαινότυπο στα ποντίκια με τυχαία μεταλλαξογένεση ακολουθώντας την προσέγγιση της Πρόσθιας Γενετικής για την ανίχνευση νέων παθογενετικών στόχων. Χαρακτηριστικά του συγκεκριμένου φαινοτύπου είναι η ανώμαλη βάδιση, μυϊκή αδυναμία, σπαστικότητα, τρόμος των άκρων, καχεξία και πρόωρος θάνατος. Με γενετική ανάλυση σύνδεσης, η υπεύθυνη μετάλλαξη εντοπίστηκε στο γονίδιο DnaJC11, η λειτουργία του οποίου παραμένει άγνωστη. Χαρακτηριστικό νευροϊστοπαθολογικό εύρημα αποτελεί η παρουσία κενοτοπίων στους κινητικούς νευρώνες οι οποίοι φαίνεται ότι προέρχονται από μιτοχόνδρια που έχουν χάσει τη φυσιολογική δομή της εσωτερικής τους μεμβράνης. Σκοπός της παρούσας μεταπτυχιακής διατριβής είναι η ανίχνευση πολυμορφισμών για το γονίδιο DΝΑJC11 σε ασθενείς με ALS δεδομένου ότι στο ποντίκι η μετάλλαξη στο γονίδιο αυτό προκάλεσε βλάβη στους κινητικούς νευρώνες όπως συμβαίνει στην περίπτωση της νόσου στον άνθρωπο. Για το λόγο αυτό, αλληλουχήθηκαν τα εξώνια οι περιοχές ματίσματος (splicing junctions) σε DNA που απομονώθηκε από υγιή άτομα και από ασθενείς με ALS. Τα αποτελέσματα αποκάλυψαν την ύπαρξη πέντε πολυμορφισμών, που είναι καταγεγραμμένοι και ενός νέου σε σύνολο 4 εξωνικών και 2 εσωνικών σημειακών μεταλλάξεων σε ετερόζυγη κατάσταση αποκλειστικά σε ALS ασθενείς. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον αποτελεί μια παρανοηματική μετάλλαξη που οδηγεί σε αντικατάσταση της βαλίνης από ασπαρτικό οξύ στη θέση του 48ου αμινοξέος στην συντηρημένη περιοχή J της πρωτεΐνης και του νέου πολυμορφισμού που εντοπίζεται στην περιοχή DUF3395 και αποτελεί επίσης μια παρανοηματική μετάλλαξη που προκαλεί αντικατάσταση της βαλίνης στη θέση 496 από αλανίνη. Η περαιτέρω ανάλυση των πολυμορφισμών που ανιχνεύθηκαν στο γονίδιο DNAJC11 με εργαλεία γενετικής, βιοπληροφορικής, βιοχημείας και κυτταρικής βιολογίας πρόκειται να προσφέρουν πληροφορίες για τη λειτουργία του DNAJC11 γονιδίου αλλά και να διαλευκάνουν εάν σχετίζονται με την παθογένεση της Αμυοτροφικής Πλευρικής Σκλήρυνσης.

Neurodegeneration is a generic term used to describe progressive loss of structure or function of neurons with a final step to their loss and the onset of diseases such us Alzheimer's disease, Parkinson, Huntington and Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS). In recent years more studies converge on the realization that a common factor in neurodegenerative diseases is the malfunction or aberrant mitochondrial structure, but it is not known the pathogenetic mechanisms that lead to the neurodegeneration. For this purpose, there is a need to discover the responsible genes for the onset of neurodegenerative diseases in order to understand the genetic basis and to find new treatments. The research group of Dr Eleni Douni created a novel neuromuscular phenotype in mice by random mutagenesis following the approach of Forward Genetics for detecting new pathogenic targets. Features of this phenotype are abnormal locomotion, muscle weakness, spasticity, tremor, cachexia and early death. With genetic linkage analysis, the responsible mutation was identified in a novel gene of unknown function, DnaJC11. Typical neurohistopathological finding is the presence of vacuoles in motor neurons which seem to originate from mitochondria that had lost their normal structure of the internal membrane. The aim of the present Masters dissertation is the detection of polymorphisms in the gene DNAJC11 in patients with ALS as mouse mutant in this gene cause damage to motor neurons as in the case of human patients. Therefore, we sequenced the exons and the splicing junctions of DNA derived from healthy individuals and patients with ALS. The results revealed the existence of five polymorphisms, which were already registered and a novel one of total 4 exonic and 2 intronic point mutations in heterozygous state exclusively on ALS patients. Particular interest has a missense mutation leading to a substitution of valine from aspartic acid at position of the 48th amino acid in the conserved region J of the protein and the new polymorphism that is identified in the domain DUF3395 and is also a missense mutation causing substitution of valine from alanine at amino acid position 496. Further analysis of the identified polymorphisms in DNAJC11 by genetic tools, bioinformatics, biochemistry and cell biology will provide information about the function of the DNAJC11 gene and will also unravel if they are related to the pathogenesis of Amyotrophic Lateral Sclerosis