Study of the relationship between mitochondrial function and dysregulation of significant signaling pathways in Parkinson’s disease, through comparative proteomics analysis
Creators: name: Ιωαννίδου, Σοφία Αναστασίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2023
Subjects: Νόσος του Πάρκινσον
Νευροεκφύλιση
Α53Τ SNCA
Μιτοχόνδριο
Μιτοφαγία
Αυτοφαγία
Πρωτεϊνωματική
Parkinson’s disease
Neurodegeneration
A53T SNCA
Mitochondrion
Mitophagy
Autophagy
Proteomics

description: Parkinson’s disease (PD) is a neurodegenerative movement disorder characterized by progressive loss of dopaminergic neurons in the substantia nigra pars compacta of the mid brain, and aggregation of a-synuclein, forming cytoplasmic Lewy bodies. Although several factors are implicated in the pathophysiological mechanisms of PD, disruption of mitochondrial functionality is associated with neurodegeneration, since neuronal integrity depends on the function and dynamic balance of mitochondria. Taking into consideration the important role of mitochondria in neurodegeneration, the present thesis aims to investigate the relationship between mitochondrial function and the dysregulation of significant pathways in PD, through comparative proteomics analysis. To simulate the pathological phenotype of disease, the cell model TetOn YFP-SNCA A53T smNPCs was utilized, which consists of human, neuronal stem cells that are genetically modified to overexpress the mutated form of SNCA, compared to control condition, in which there is no SNCA expression. Both conditions underwent proteomics analysis through bottom-up label free relative quantification, along with immunoblotting for specific proteins of interest that contribute to mitochondrial homeostasis. Our study indicates that during PD, proteins involved in mitochondrial healthiness, such as COXIV and DJ-1, are dysregulated, suggesting potential disruption in mitochondrial integrity, which can be interpreted by increase in the signal for mitophagy, since PINK1, PARKIN and MIRO1,2 have been detected to be enriched in mitochondria of diseased condition. However, autophagic process is deficient, since the membrane-bound LC3-II is reduced in diseased, limiting the formation of autophagosomes, thus, rendering more acute the disruption of mitochondria. In addition to mitochondrial impairment, several pathways were found to be dysregulated during PD that are implicated in cell growth and survival, epigenetic regulation, hormone regulation and neuroinflammatory response. As a conclusion, the study of mitochondrial proteome may render possible the understanding of the molecular fingerprint of PD, since the latter is reflected through dysregulation of signaling pathways and alteration in the profile and subcellular topology of various proteins.
description: Η νόσος του Πάρκινσον (ΝΠ) είναι μια νευροεκφυλιστική διαταραχή του κινητικού συστήματος, που χαρακτηρίζεται από προοδευτική απώλεια των ντοπαμινεργικών νευρώνων στη μέλαινα ουσία του μεσεγκεφάλου, και από συσσωμάτωση της α-συννουκλεΐνης, η οποία οδηγεί στο σχηματισμό κυτταροπλασματικών σωματίων Lewy. Αν και αρκετοί παράγοντες εμπλέκονται στους μηχανισμούς παθοφυσιολογίας της ΝΠ, η διαταραχή της μιτοχονδριακής λειτουργικότητας σχετίζεται με νευροεκφύλιση, καθώς η νευρωνική ακεραιότητα εξαρτάται από τη λειτουργία και τη δυναμική ισορροπία των μιτοχονδρίων. Λαμβάνοντας υπόψη τον σημαντικό ρόλο των μιτοχονδρίων στη νευροεκφύλιση, η παρούσα διατριβή στοχεύει στη διερεύνηση της σχέσης ανάμεσα στη μιτοχονδριακή λειτουργία και στην απορρύθμιση σημαντικών σηματοδοτικών μονοπατιών στην ΝΠ, μέσω συγκριτικής πρωτεϊνωματικής ανάλυσης. Για την προσομοίωση του παθολογικού φαινοτύπου της νόσου, χρησιμοποιήθηκε το κυτταρικό μοντέλο TetOn YFP-SNCA A53T smNPCs, το οποίο αποτελείται από ανθρώπινα, νευρικά βλαστοκύτταρα που έχουν τροποποιηθεί γενετικά, ώστε να υπερεκφράζουν τη μεταλλαγμένη μορφή του γονιδίου SNCA, σε σχέση με την κατάσταση ελέγχου, στην οποία δεν υπάρχει έκφραση του γονιδίου SNCA. Σε αμφότερες καταστάσεις πραγματοποιήθηκε πρωτεϊνωματική ανάλυση μέσω bottom-up label free σχετικής ποσοτικοποίησης, παράλληλα με ανοσοαποτύπωση για συγκεκριμένες πρωτεΐνες ενδιαφέροντος, οι οποίες συμβάλλουν στη μιτοχονδριακή ομοιόσταση. Η μελέτη μας υποδεικνύει ότι κατά τη διάρκεια της ΝΠ, οι πρωτεΐνες που εμπλέκονται στην ευζωία των μιτοχονδρίων, όπως η COXIV και η DJ-1, είναι απορυθμισμένες, υποδηλώνοντας πιθανή διαταραχή της μιτοχονδριακής ακεραιότητας, η οποία μπορεί να ερμηνευτεί με αύξηση του σήματος για μιτοφαγία, καθώς οι πρωτεΐνες PINK1, PARKIN και MIRO1, 2 ανιχνεύθηκαν εμπλουτισμένες στα μιτοχόνδρια της κατάστασης ασθένειας. Ωστόσο, η διαδικασία της αυτοφαγίας είναι ανεπαρκής, καθώς η συζευγμένη με μεμβράνη LC3-II μειώνεται στην κατάσταση ασθένειας, περιορίζοντας τον σχηματισμό αυτοφαγοσώματος, καθιστώντας έτσι πιο οξεία τη διαταραχή των μιτοχονδρίων. Εκτός από τη μιτοχονδριακή δυσλειτουργία, αρκετά μονοπάτια βρέθηκαν να απορρυθμίζονται κατά τη διάρκεια της ΝΠ, τα οποία εμπλέκονται στην κυτταρική ανάπτυξη και επιβίωση, στην επιγενετική ρύθμιση και τη ρύθμιση ορμονών, καθώς και στην απόκριση σε νευροφλεγμονή. Συμπερασματικά, η μελέτη του μιτοχονδριακού πρωτεϊνώματος μπορεί να καταστήσει δυνατή την κατανόηση του μοριακού αποτυπώματος της ΝΠ, καθώς το τελευταίο αντανακλάται μέσω της απορρύθμισης σηματοδοτικών μονοπατιών και μεταβολής στο προφίλ και την υποκυτταρική τοπολογία διαφόρων πρωτεϊνών.