Glukozilseramidaz-beta gen mutasyonlarının dopaminerjik nöronlarda α-sinüklein yıkım mekanizmaları üzerindeki etkilerinin araştırılması
Investigation of the effects of glucosylceramidase-beta gene mutations on α-synuclein degradation mechanisms in dopaminergic neurons
Yazar: GİZEM ÖNAL
Danışman: PROF. DR. SERAP DÖKMECİ
Hacettepe Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Tıbbi Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Tıbbi Biyoloji = Medical Biology
Dizin: Alfa sinüklein = Alpha synuclein ; Dopamin = Dopamine ; Lizozomlar = Lysosomes ; Mutasyon = Mutation ; Nöronlar = Neurons ; Otofaji = Autophagy ; Ubikuitinler = Ubiquitins

Özet:
Lizozomal Glukoserebrosidaz (GS) enzimini kodlayan Glukozilseramidaz-beta (GBA) genindeki mutasyonların, otozomal resesif kalıtılan lizozomal bir depo hastalığı olan Gaucher Hastalığı'na (GH) neden olduğu bilinmektedir. GH, hücrelerde lizozomal glukoserebrosit birikimi ile karakterize olup karaciğer, dalak, kemik iliği, akciğer ve sinir sistemi gibi farklı doku ve sistemleri etkileyerek hastalık patolojisine neden olmaktadır. Gaucher Hastalığı nörolojik bulgularına göre Tip I (nöropatik olmayan form), Tip II (akut nöropatik form) ve Tip III (kronik nöropatik form) olmak üzere klinik alt tiplere ayrılmaktadır. 
 
Son yıllarda, GH ile ilişkili olduğu kanıtlanmış GBA mutasyonlarının Parkinson Hastalığı (PH) ve diğer sinükleopatiler için en önemli risk faktörü olduğu da tanımlanmıştır. Bu bağlamda, yapılan moleküler analizler, mutant Glukoserebrosidaz (GS) enziminin ?sinüklein birikimini tetikleyerek patolojiye neden olduğunu göstermiştir. GS ve α-sinüklein birikimi arasındaki patolojik ilişkiyi açıklayabilmek için, hücre içi lipit kompozisyon değişikliği, otofajik/lizozomal fonksiyon bozukluğu, Ubikitin Proteozom sistemindeki bozukluklar ve hücre içi kalsiyum dengesinin bozulması gibi birçok farklı mekanizma öne sürülmesine rağmen iki hastalık arası ilişkinin temelleri hala tam olarak bilinmemektedir. 
 
Bahsi geçen ilişkiyi açıklayabilmek için öne sürülen patolojik mekanizmalardan biri de, GBA mutasyonları sonucu Glukoserebrosidaz enzim aktivitesindeki değişikliklerin α-sinükleinin yıkım mekanizmalarını etkileyerek hücre içi α-sinüklein birikimine neden olduğudur. Yapılan çalışmalar, GS enzim eksikliğinin, α-sinükleinin yıkımından sorumlu olan Ubikitin-Proteazom Sistemi (UPS), Şaperon Aracılı Otofaji (ŞAO) ve Makrootofaji mekanizmalarını etkileyerek α-sinüklein birikimine neden olabileceğini göstermiştir. Hücredeki protein kalite kontrolünün sürekliliği için bu mekanizmaların gerekli durumlarda birbirlerini kompanse ettiği bilinmektedir. Fakat, GBA mutasyonları sonucu oluşan GS enzim eksikliğinin bu mekanizmaları nasıl etkilediği tam olarak bilinmemektedir.  
 
Bu bilgiler ışığında, nöropatik ve nöropatik olmayan Gaucher Hastalığı'na neden olan farklı GBA mutasyonlarının, hücrelerde biriken α-sinükleinin yıkım mekanizmaları arasındaki ilişkiyi etkileyerek nöronal dejenerasyonda rol oynayabileceği hipotezi kurulmuştur. Bu amaçla, farklı nörolojik tutulum gösteren Gaucher hastalarından ve Parkinson hastalarından alınan fibroblast kültürlerinden elde edilecek olan indüklenmiş pluripotent kök hücre (iPKH) kökenli dopaminerjik nöron kültürlerinde, GBA mutasyonlarının biriken α-sinükleinin yıkımında rol oynayan Ubikitin Proteozom Sistemi (UPS), Şaperon Aracılı Otofaji (ŞAO) ve makrootofaji mekanizmalarını nasıl etkilediğinin araştırılması amaçlanmaktadır. GBA mutasyonlarının, α-sinüklein yıkım mekanizmaları üzerine etkilerinin belirlenmesi nörolojik tutulumlu Gaucher Hastalığı patogenezinin aydınlatılması açısından büyük önem taşımaktadır.

Abstract:
Mutations in Glucosylceramidase-beta (GBA) gene which is encoding the lysosomal Glucocerebrosidase (GCase) enzyme cause Gaucher's Disease (GD), an autosomal recessive inherited lysosomal storage disease. GD is characterized by the accumulation of lysosomal glucocerebroside in Gaucher cells and these cells cause disease pathology by affecting different tissues and systems such as liver, spleen, bone marrow, lung, and nervous system. Gaucher's disease is divided into clinical subtypes according to neurological findings: Type I (non-neuropathic form), Type II (acute neuropathic form) and Type III (chronic neuropathic form). 

Recently, it has been described that GBA mutations that have been proven to be associated with GD are the most important risk factors for Parkinson's Disease (PD) and other synucleopathies. Molecular analyses have shown that mutant Glucocerebrosidase (GCase) enzyme triggers the α-synuclein accumulation and cause PD pathology. Although several different mechanisms have been proposed to explain the pathological relationship between GCase and α-synuclein accumulation, such as intracellular lipid composition alteration, autophagic/lysosomal dysfunction, ubiquitin protease system degradation and intracellular calcium balance impairment, the basis of the relationship between the two diseases is still unclear.

One of the pathological mechanisms proposed to explain the pathological relationship between GD and PD is that GBA mutations result in intracellular α-synuclein accumulation by affecting protein degradation mechanisms. Studies have shown that GCase enzyme deficiency may cause α-synuclein accumulation by affecting the ubiquitin-proteasome system (UPS), chaperone-mediated autophagy (CMA), and macroautophagy mechanisms which are responsible for the degradation of α-synuclein. These mechanisms may compensate each other to maintain protein quality control system in the cell. However, it is not known exactly how the lack of GCase enzyme affects these mechanisms.

In the light of these, it has been hypothesized that different GBA mutations that cause neuropathic and non-neuropathic Gaucher's Disease may play role in neuronal degeneration process by affecting -degradation mechanisms of α-synuclein in the cell. For this purpose, we are planning to investigate the effects of GBA mutations on α-synuclein degradation mechanisms, namely Ubiquitin-Proteasome System (UPS), Chaperone-mediated Autophagy (UPS), in induced pluripotent stem cell (iPSC) derived dopaminergic neuron cultures obtained from fibroblasts of Gaucher patients with different neurological involvement and Parkinson's patients. Determination of the effects of GBA mutations on α-synuclein degradation mechanisms is of great importance for clarifying the pathogenesis of the neurologically involved Gaucher's disease.