Μελέτη της έλλειψης της πρωτεΐνης SLC25A46 στο νευρικό σύστημα του ποντικού

Abstract

Τα τελευταία χρόνια ένα πλήθος επιστημονικών μελετών έχουν αναδείξει το γονίδιο SLC25A46 ως ένα νέο παθογενετικό στόχο σε ετερογενείς γενετικές ασθένειες του ανθρώπου που προσβάλουν το νευρικό σύστημα και περιλαμβάνουν επικρατή οπτική ατροφία, αξονική περιφερική νευροπάθεια, σύνδρομο Leigh, προοδευτική μυοκλωνική αταξία, οπτική ατροφία και νευροπάθεια, και θνησιγόνο συγγενή γεφυροπαρεγκεφαλιδική υποπλασία. Η σοβαρότητα των παραπάνω ασθενειών εξαρτάται από την μερική ή πλήρη απώλεια της λειτουργικότητας της SLC25A46 πρωτεΐνης. Η πρωτεΐνη SLC25A46 εντοπίζεται στην εξωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη και υπάρχουν ενδείξεις ότι εμπλέκεται σε καίριες κυτταρικές διεργασίες, όπως στη διατήρηση της δομής και δυναμικής των μιτοχονδρίων, στην μιτοχονδριακή ενεργότητα, στον μεταβολισμό του κυττάρου, και τη βιοσύνθεση/μεταφορά φωσφολιπιδίων μέσω αλληλεπίδρασης του ενδοπλασματικού δικτύου με τα μιτοχόνδρια. Ωστόσο, ο παθοφυσιολογικός ρόλος της πρωτεΐνης SLC25A46 παραμένει ασαφής δυσχεραίνοντας την κατανόηση των εμπλεκόμενων παθογενετικών μηχανισμών. Η ερευνητική μας ομάδα δημιούργησε πρόσφατα, μέσω της προσέγγισης της Πρόσθιας Γενετικής χρησιμοποιώντας τυχαία χημική μεταλλαξιγένεση στο ποντίκι, ένα γενετικό μοντέλο SLC25A46-σχετιζόμενης αταξίας, που συνεισφέρει στην κατανόηση του παθοφυσιολογικού ρόλου της SLC25A46 πρωτεΐνης και των μοριακών μηχανισμών που επάγονται κατά την απουσία της. Προκειμένου να κατανοήσουμε ποιες κυτταρικές διεργασίες απορρυθμίζονται από την απουσία της SLC25A46 πρωτεΐνης in vivo, στα πλαίσια της παρούσας μελέτης πραγματοποιήσαμε συγκριτική πρωτεομική ανάλυση σε ολικά πρωτεϊνικά εκχυλίσματα παρεγκεφαλίδας μεταξύ ποντικιών αγρίου τύπου και αταξικών, καθώς ο εν λόγω ιστός έχει δειχθεί ότι επηρεάζεται δραματικά από την απουσία της SLC25A46 πρωτεΐνης. Τα αποτελέσματά μας έδειξαν πως η απουσία της SLC25A46 πρωτεΐνης αυξάνει στατιστικώς σημαντικά τα επίπεδα μιτοχονδριακών πρωτεϊνών που εμπλέκονται στις διαδικασίες της μιτοχονδριακής σύντηξης, ενώ παράλληλα μειώνει αρκετά μέλη των συμπλόκων της αναπνευστικής αλυσίδας, υποδηλώνοντας ανεπάρκεια στην κυτταρική αναπνοή και στην παραγωγή ενέργειας. Η περαιτέρω μελέτη των διεργασιών αυτών στο αταξικό μοντέλο δύναται μελλοντικά να συμβάλλει στην κατανόηση των πολύπλοκων μοριακών παθογενετικών μηχανισμών που αποτελούν τη βάση των SLC25A46-σχετιζόμενων νευρολογικών ασθενειών και συνεπώς στην ανάπτυξη καινοτόμων θεραπευτικών προσεγγίσεων.

In recent years, a number of studies have demonstrated the SLC25A46 gene as a new pathogenic target in heterogeneous human diseases of the nervous system, including dominant optic atrophy, peripheral neuropathy, Leigh syndrome, progressive myoclonic ataxia, optic atrophy and neuropathy, and lethal congenital pontocerebellar hypoplasia. The severity of the above diseases depends on the partial or complete loss of the functionality of the SLC25A46 protein. The SLC25A46 protein is located in the outer mitochondrial membrane and there is evidence that it is involved in fundamental cellular processes, such as mitochondrial dynamics and activity, cell metabolism, and biosynthesis/transfer of phospholipids through the interaction of the endoplasmic reticulum with the mitochondria. However, the pathophysiological role of the SLC25A46 protein remains unclear, making it difficult to understand the pathogenetic mechanisms involved. Our research group has recently generated, following a Forward Genetics approach using random chemical mutagenesis in the mouse, a genetic model of SLC25A46-related ataxia, that contributes to the understanding of the pathophysiological role of the SLC25A46 protein and the molecular mechanisms induced in its absence. In order to better understand which cellular processes are deregulated upon the absence of the SLC25A46 protein in vivo, in the present study we performed a comparative proteomic analysis on total protein extracts from cerebellum between wild-type and ataxic mice, as this tissue is dramatically affected upon SLC25A46 loss. Our results showed that the absence of the SLC25A46 protein significantly increases mitochondrial protein levels involved in mitochondrial fusion, while it decreases the levels of several members involved in the respiratory chain complexes, suggesting a deficiency in cellular respiration and energy production. Further studies of these processes in the ataxic model may contribute to the understanding of the complex molecular pathogenetic mechanisms that constitute the basis of the SLC25A46-related neuropathologies and consequently to the development of innovative therapeutic approaches.