Survival motor nöron" proteini eksikliğinin mikrotübül pozitif uç proteinleri üzerindeki etkisinin  araştırılması
Investigation of the effect of "survival motor neuron" protein deficiency on microtubule positive end proteins
Yazar: DİLA KOYUNOĞLU
Danışman: PROF. DR. HAYAT YURTER
Hacettepe Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Tıbbi Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Tıbbi Biyoloji = Medical Biology
Dizin: Mikrotübül proteinleri = Microtubule proteins ; Mikrotübüller = Microtubules ; Motor nöron hastalığı = Motor neuron disease ; Motor nöronlar = Motor neurons ; Taşıyıcı proteinler = Carrier proteins

Özet:
Kalıtsal nöromüsküler hastalıklarından olan Spinal müsküler atrofi (SMA), Survival of motor neuron 1 (SMN1) genindeki mutasyonlar nedeniyle oluşmakta ve SMN proteini eksikliğinden en fazla motor nöronlar etkilenmektedir. Nöron farklılaşması ve işleyişi için mikrotübül dinamiğinin ve stabilitesinin kontrolü önemli olup SMN eksikliğinde mikrotübül polimerizasyonunun bozulmasına ilişkin mekanizmalar bilinmemektedir. Mikrotübüller nöronlarda akzon ve dendrit yapılarının kurulmasını sağlayan, akzonun ucuna doğru mRNA, protein ve organel transportunda görevli hücre iskeleti elemanlarıdır. Mikrotübül stabilitesinin ve polimerizasyonunun düzenlenmesinde mikrotübül asosiye proteinler (MAP) ve mikrotübülün pozitif ucunda bulunan uç proteinleri (+TIP) görev almaktadır. Pozitif uç proteinlerinden olan EB1 ve EB3 (End Binding Protein) mikrotübülün uzayan ucundaki tübülinlere bağlanarak, pozitif uca bağlanan diğer proteinlerin birbirleriyle ilişki kuracağı moleküler bir platform oluşturmaktadır. MAP proteinlerinden olan MAP1B'nin ise EB proteinlerine bağlanıp sitoplazmada tutulmalarını sağladığı ve mikrotübüle bağlanmalarını engellediği bilinmektedir. Anabilim Dalı'mızda gerçekleştirilen önceki çalışmalarda SMN eksikliğinde MAP1B proteininde saptanan artışın EB proteinlerini etkileyebileceği düşünülerek bu tez çalışmasında, EB1 ve EB3 proteinlerinin ifade ve yerleşimleri motor nöron benzeri NSC34 hücre hattında araştırılmıştır. NSC34 hücrelerinde SMN ifadesi siRNA yöntemi ile baskılanarak in vitro SMA modeli oluşturulmuş EB1 ve EB3 proteinlerinin ifade düzeyi Western blot yöntemi ile analiz edilmiştir. EB1 proteininin NSC34 hücrelerinde endojen ifadesinin bulunmadığı, EB3 proteinin ise SMN eksikliğine bağlı olarak %44 oranında azaldığı saptanmıştır. SMN eksikliğinde EB3 proteinlerinin nörit başlangıcındaki ve ucundaki olası yerleşim değişikliğini araştırmak üzere immünfloresan boyama çalışmaları gerçekleştirilmiş, SMN eksikliğinde nörit başlangıcında EB3 proteinlerinin uzayan mikrotübül ucunda oluşturdukları komet yapılarının sayısında kontrol hücrelere göre istatistiksel olarak anlamlı bir artma, bir kometin mikrotübül üzerinde kapladığı alanda ise azalma saptanmıştır. Kometlerin kapladığı toplam alan, komet floresan yoğunluğu ve toplam (serbest ve mikrotübül ile ilişkili) EB3 floresan yoğunluğunda bir değişiklik saptanmamıştır. Sonuçlarımız, SMN eksikliğinde nöritlerin başlangıç kısmında yerleşim gösteren mikrotübüllerin kontrole göre daha dinamik yapıda olduklarına ve SMA patomekanizmasında EB3 proteinlerinin rolü olabileceğine işaret etmektedir. Bu konuda gerçekleştirilecek ileri araştırmalar ile SMN eksikliğinin mikrotübül dinamiğindeki rolünün açıklanması mümkün olabilecektir.

Abstract:
Spinal muscular atrophy (SMA) is one of the hereditary neuromuscular disease, which is caused by mutations in the Survival of motor neuron 1 (SMN1) gene. SMN deficiency primarily affects motor neurons and regulation of microtubule dynamics and its stability is important for differentiation and functions of neuronal cells. Loss of SMN causes alterations in microtubule polymerization, however, the molecular mechanisms are largely unknown. Microtubule cytoskeleton plays role in establishment of dendrite and axon morphology as well as mRNA, protein and organelle transport to axonal terminals in neurons. Microtubule stability is regulated by both microtubule-associated proteins (MAPs) and plus-end tracking proteins (+ TIPs), which localizes plus-end of microtubules. Among + TIPs, End Binding Protein 1 (EB1) and EB3 proteins bind to tubulins in plus ends and form a molecular platform for the interation of other + TIP proteins. MAP1B, a microtubule-associated protein, binds to EB proteins and prevents their binding to microtubule plus ends by keeping them into cytoplasm. Previously we showed that SMN deficiency causes MAP1B upregulation. Therefore, in this study we investigated whether expressions and/or localizations of EB1 and EB3 proteins are altered in motor neuron like NSC34 cell line. To establish in vitro SMA model, SMN was knocked-down by siRNA, then EB1 and EB3 protein levels were analyzed by Western blot. We found that EB1 is not endogenously expressed in NSC34 cells. In addition, we determined 44% downregulation in EB3 protein level in SMN depleted cells. To analyze localization of EB3 proteins at the begining and tip of neurites, immunofluorescence stainings were performed in SMN knock-down cells. Increased number of comets, as well as decreased comet area was found at the begining of neurites in SMN depleted cells compared to controls. We did not find significant alterations neither in total comet area nor floresean intensities of comets and also total EB3 proteins. Our results suggested that microtubules at the begining of neurites are more dynamic in the absence of SMN and EB3 proteins may be involved in SMA pathomechanisms. Further studies will help to explain the role of SMN protein in microtubule dynamics.