Investigation of Combined Biological Roles of Neuraminidase 1 and N-Acetylgalactosaminyltransferase Enzymes in Glycolipid Metabolism

Abstract

Gangliosides, sialic acid-containing glycosphingolipids, are responsible for neurogenesis and synaptogenesis which are essential for vertebrate nervous system. N-Acetylgalactosaminyltransferase (Galgt) is glycosyltransferase that plays essential role during complex gangliosides biosynthesis. Expression of Galgt increases at the late stage of development which can be evidence for complex gangliosides role in nervous system development and differentiation.Sialidases are responsible enzymes for sialic acid removal from glycoproteins, glycolipids or oligosaccharides. Neu1 is one of the mammalian sialidase which catabolizes sialoglycoconjugates in lysosomes. Neu1 gene mutations in human result in lysosomal storage disease called sialidosis. Created Neu1 knockout mice model have demonstrated similar symptoms with sialidosis type II. In sialidosis patients, increased ganglioside levels are detected in visceral organs but not in brain. In vitro studies have demonstrated that GM3 is a substrate of Neu1. Until this research, role of Neu1 enzyme on glycosphingolipid metabolism in the absence of complex gangliosides has not been investigated. Therefore this study have been provided comparision of 2-and 4-month-old Neu1-/-, Galgt-/- and Neu1-/-Galgt-/- mice to WT mice and each other by molecular biological, biochemical, histological, immunohistochemical and behavioral analysis in cortex, cerebellum and thalamus regions. In the concept of this thesis, we found effect of single and double deficienct of Neu1 and Galgt enzymes on the distinct cellular events (apoptosis, ER stress, oxidative stress), altered glycolipid and oligosaccharide metabolism, nerve cell death,oligodendrocyte intensity decrease, impairment in locomotor activity, motor coordination, memory capability as age dependent and region specific manner.Gangliositler (sialik asit içeren glikosfingolipitler), omurgalı sinir sisteminin nöron ve sinaps gelişim sürecinden sorumlu olan temel bileşiklerdendir. . N-Asetilgalaktozaminiltransferaz (Galgt), karmaşık gangliosit biyosentezi boyunca önemli rol oynayan bir glikoziltransferaz enzimidir. Galgt ifade düzeyi, gelişimin son evrelerinde artış gösterir, bu durum karmaşık gangliositlerin sinir sisteminin gelişmesi ve farklılaşmasındaki rolünün bir kanıtı olabilir. Sialidazlar, glikoproteinlerden, glikolipitlerden veya oligosakkaritlerden sialik asit uzaklaştırılmasından sorumlu enzimlerdir. Neu11 memeli sialidazlarından biri olup, lizozomlarda sialoglikokonjugatları katabolize eder. İnsanda Neu1 genindekı mutasyonlar lizozomal depo hastalığı olan sialidoza sebep olur. Yaratılan Neu1 gen eksikliğine sahip fareler, sialidoz tip II ile benzer semptomlar göstermiştir. Sialidoz hastalarının iç organlarında gangliosit artışı görülürken, aynı artış beyinde görülmemiştir. In vitro çalışmalar GM3'ün bir Neu1 substratı olduğunu göstermiştir. Bu araştırmaya kadar, kompleks gangliositlerin yokluğu durumda Neu1 enziminin glikosfingolipid metabolizması üzerindeki rolü araştırılmamıştır. Bu nedenle, bu çalışma 2 ve 4 aylık Neu1 - / -, Galgt - / - ve Neu1 - / - Galgt - / - farelerinin WT fareleri ve birbirleriyle korteks, beyincik ve talamus bölge bazlı, moleküler biyolojik, biyokimyasal, histolojik, immünohistokimyasal ve davranışsal olarak karşılaştırılması sağlanmıştır. Bu tez kapsamında, Neu1 ve Galgt enzimlerinin tek ve çift eksikliğinin farklı hücresel olaylarda (apoptoz, ER stresi, oksidatif stres), değişen glikolipit ve oligosakkarit metabolizmasında, sinir hücresi ölümünde, oligodendrosit yoğunluğunun azalmasında, lokomotor aktivite,motor koordinasyon ve hafıza kapasitesi üzerindeki etkisi yaşa ve beyin bölgelerine bağlı olarak bulunmuştur.