ΤΗΣ ΑΝΝΑΣ ΜΑΛΕΚΚΟΥ*
Βιοχημικός χαρακτηρισμός της μετάλλαξης c.1780G>C [p.Asp594His] στο γονίδιο GBA2 σε λεμφοκύτταρα που προήλθαν από ασθενείς με σπαστική αταξία.
Στην παρούσα ερευνητική μελέτη, πραγματοποιήθηκε βιοχημικός χαρακτηρισμός κυτταρικών σειρών λεμφοκυττάρων (LCLs) που προήλθαν από ασθενείς που παρουσίαζαν σπαστική αταξία και έφεραν την μετάλλαξη c.1780G>C [p.Asp594His] στο γονίδιο GBA2, σε ομοζυγωτία. Οι αυτοσωμικές υπολειπόμενες παρεγκεφαλιδικές αταξίες αποτελούν μια ετερογενή ομάδα νευρογενετικών νόσων που παρουσιάζουν εκφυλισμό της παρεγκεφαλίδας και των νωτιαίο-παρεγκεφαλιδικών συνδέσεων και/ή των συνδέσεων των αισθητήρων της σπονδυλικής στήλης. Χαρακτηρίζονται από δυσκολία στη βάδιση με έλλειψη ισορροπίας και συντονισμού των κινήσεων των κάτω άκρων, που συνήθως εμφανίζεται σε νεαρή ηλικία. Τα πρωτογενή συμπτώματα μπορεί συχνά να συνοδεύονται και με σπαστικότητα και σε αυτές τις περιπτώσεις η νόσος ονομάζεται σπαστική-αταξία.
Το γονίδιο GBA2 κωδικοποιεί το ένζυμο της μη-λυσοσωμικής β-γλυκοκερεβροσιδάσης (NLGase), το οποίο διασπά το σφιγγολιπίδιο γλυκοκερεβροζίτη (GlcCer) σε κεραμίδιο και γλυκόζη. Τα σφιγγολιπίδια αποτελούν μια ομάδα λιπιδίων που απαρτίζουν κυρίως την εξωτερική λιπιδική στοιβάδα της πλασματικής μεμβράνης όλων των ευκαριωτικών κυττάρων, ειδικότερα των νευρικών. Διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην δομική ακεραιότητα της πλασματικής μεμβράνης και συμμετέχουν σε διαδικασίες μεταγωγής σήματος που ρυθμίζουν διαδικασίες του κυττάρου όπως κυτταρική διαφοροποίηση, πολλαπλασιασμό και απόπτωση, καθώς επίσης και τη διακυτταρική επικοινωνία. Στην κατηγορία των σφιγγολιπιδίων κατατάσσονται και τα γλυκοσφιγγολιπίδια, των οποίων η πλευρική ομάδα αποτελείται από κατάλοιπα σακχάρων. Ο γλυκοκερεβροζίτης (GlcCer) είναι το απλούστερο μέλος των γλυκοσφιγγολιπιδίων και σχηματίζεται από την γλυκοζυλίωση του κεραμιδίου.
Τα σφιγγολιπίδια διαδραματίζουν θεμελιώδη ρόλο στη φυσιολογία του κυττάρου και αυτό αποδεικνύεται και από την πληθώρα γενετικών ασθενειών που προκύπτουν από μεταλλάξεις σε γονίδια που κωδικοποιούν ένζυμα που εμπλέκονται στο μεταβολισμό και την μεταφορά των λιπιδίων αυτών. Τα κύτταρα μπορούν να μεταβάλουν την περιεκτικότητα τους σε λιπίδια με τη δράση διαφόρων υδρολασών που δρουν είτε στα λυσοσώματα είτε στη πλασματική μεμβράνη. Μεταξύ των ενζύμων αυτών είναι η λυσοσωμική β-γλυκοκερεβροσιδάση (GCase) και η μη-λυσοσωμική β-γλυκοκερεβροσιδάση (NLGase). Αν και τα δύο αυτά ένζυμα έχουν το ίδιο υπόστρωμα (διασπούν GlcCer) κωδικοποιούνται από δύο διαφορετικά γονίδια, GBA και GBA2, αντίστοιχα, έχουν διαφορετικό ενδοκυτταρικό εντοπισμό και εμπλέκονται στην εμφάνιση διαφορετικών ασθενειών. Η GCase εντοπίζεται στα λυσοσώματα και μεταλλάξεις στο γονίδιο GBA προκαλούν την λυσοσωμική ασθένεια Gaucher. Ενώ, η NLGase έχει αμφιλεγόμενο ενδοκυτταρικό εντοπισμό. Έχει αναφερθεί ότι συνδέεται με τη μεμβράνη της συσκευής Golgi και του ενδοπλασματικού δικτύου, καθώς επίσης και με τη πλασματική μεμβράνη. Μεταλλάξεις στο γονίδιο GBA2 ενοχοποιούνται για την ανάπτυξη νευρολογικών ασθενειών, όπως αυτοσωμική υπολειπόμενη παρεγκεφαλιδική αταξία, κληρονομική σπαστική παραπληγία, και το σύνδρομο Marinesco-Sjogren.
Στη συγκεκριμένη μελέτη έχει βρεθεί ότι η μετάλλαξη c.1780G>C [p.Asp594His] προκαλεί απώλεια της δράσης του ενζύμου NLGase τόσο ενδοκυτταρικά (μη ανιχνεύσιμη), όσο και στη πλασματική μεμβράνη (δραστικότητα μόνο 2-4%). Επίσης, μελετήθηκε η περιεκτικότητα του GlcCer στα κύτταρα, του οποίου τα επίπεδα βρέθηκαν να είναι κατά δύο φορές αυξημένα στις κυτταροσειρές που προήλθαν από τους ασθενείς σε σύγκριση με αυτές που προήλθαν από υγιή δείγματα αναφοράς. Μετά από ποσοτική ανάλυση των μοριακών ειδών του GlcCer, βρέθηκε ότι το C16 λιπίδιο είναι αυτό που απαντάται σε μεγαλύτερο ποσοστό στις LCLs κυτταροσειρές. Επιπρόσθετα, όλα τα μοριακά είδη ήταν διπλάσια στις LCLs των ασθενών σε σύγκριση με αυτά των δειγμάτων αναφοράς. Αξιοσημείωτο, ήταν το γεγονός ότι βρέθηκε να υπάρχει αντισταθμιστική ρύθμιση της δράσης της NLGase από τη GCase. Η δραστικότητα της GCase ήταν ενάμιση- και τρεις-φορές αυξημένη στα κύτταρα των ασθενών σε σύγκριση με τα κύτταρα των υγιών ατόμων, ενδοκυτταρικά και στη πλασματική μεμβράνη αντίστοιχα (εικόνα). Η αύξηση της δραστικότητας της GCase ήταν συνυφασμένη με την αύξηση των επιπέδων της πρωτεΐνης, αλλά όχι του mRNA. Επιπλέον, αλλά μόνο στην πλασματική μεμβράνη, βρέθηκε να είναι διπλασία η δράση ενός άλλου ενζύμου, της β-γαλακτοσιδάσης.
Τα αποτελέσματα αυτά, τονίζουν το σημαντικό ρόλο που διαδραματίζει η NLGase στο μεταβολισμό του GlcCer, ειδικότερα στην πλασματική μεμβράνη, και την ύπαρξη αντισταθμιστικής ρύθμισης των ενζύμων που εμπλέκονται στο μεταβολισμό των γλυκοσφιγγολιπιδίων. Παραμένει όμως ανοικτό το ερώτημα γιατί υπάρχει συσσώρευση του GlcCer παρά την αύξηση της δράσης της GCase και πως αυτό εμπλέκεται στο μηχανισμό εμφάνισης της σπαστικής αταξίας.
Η συγκεκριμένη έρευνα πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια συνεργασίας των τμημάτων της Βιοχημικής Γενετικής, Νευρογενετικής, Νευρολογικής κλινικής Γ και Δ του Ινστιτούτου Νευρολογίας και Γενετικής Κύπρου, και του τμήματος Φαρμακευτικής Βιοτεχνολογίας και Εφαρμοσμένης Φαρμακολογίας του Πανεπιστημίου του Μιλάνου.
*Μεταδιδακτορική ερευνήτρια
Τμήμα Βιοχημικής Γενετικής
Δημοσιεύσεις:
Εικόνα: Ενζυμική δραστικότητα (A) της μη-λυσοσωμική β-γλυκοκερεβροσιδάσης (NLGase) και (B) της λυσοσωμικής β-γλυκοκερεβροσιδάσης (GCase) τόσο στα ολικά κυτταρικά λύματα (cell lysates) όσο και στη πλασματική μεμβράνη (PM). H μετάλλαξη c.1780G>C [p.Asp594His] προκαλεί απώλεια της δράσης του ενζύμου NLGase. (A) και αντισταθμιστική δράση της GCase (Β). Τα δείγματα αναφοράς (υγιή άτομα) εμφανίζονται με ελαφρύ γκρίζο χρώμα, ενώ τα δείγματα των ασθενών με σκούρο γκρίζο χρώμα.
