Systematic Analysis of disease pathways in Congenital, Infantile and Juvenile Neuronal Ceroid Lipofuscinoses

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-0360-4
Title: Systematic Analysis of disease pathways in Congenital, Infantile and Juvenile Neuronal Ceroid Lipofuscinoses
Author: Scifo, Enzo
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Medicine, Institute of Biomedicine, Meilahti Clinical Proteomics Core Facility
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Belongs to series: DSHealth series - URN:ISSN:2342-317X
Abstract: Neuronal ceroid lipofuscinoses (NCL) are common inherited childhood brain disorders. Since 1995, 13 known NCL causative genes (CLN1-8, CLN10-14) have been identified. Despite progress in the NCL field, the primary function and physiological roles of most NCL proteins remain unresolved. In this thesis, we utilized various techniques, such as: functional proteomics, bioinformatics, and mouse disease models, in an effort to clarify disease pathways associated with congenital (CLN10), infantile, late-Infantile (CLN1, CLN5) and juvenile NCL (CLN3) in the human brain. Firstly, we examined the synaptic proteome in a cathepsin D (Ctsd / Cln10) knockout mouse model of congenital NCL, where the synaptic pathology resembles that of patients. Quantitative mass spectrometry analysis of mouse brain synaptosomes, showed that 43 proteins were differentially expressed in the Ctsd knockout mice brains. We used protein-protein interaction databases to generate a network of differentially expressed proteins and checked individual proteins for involvement in processes, pathways or disease phenotypes. This work highlighted defects in migratory functions of cathepsin D deficient cells that were attributed to downregulation of cytoskeletal proteins. We also aimed to map the CLN3-CLN5 protein interactome in the brain by identifying their associated proteins. Protein complexes from CLN3 or CLN5 expressing SH-SY5Y stable cells were analysed by mass spectrometry and processed by bioinformatics, to unravel molecular mechanisms underlying CLN3 and CLN5 diseases. Novel CLN3 and CLN5 interacting partners (42 and 31, respectively) were identified in this study. The extent of crosstalk amongst CLN3 and CLN5, suggests that the mechanisms leading to the functional deficits are shared between them. CLN3 was implicated in new roles of G-protein signalling and protein folding / sorting in the ER. Finally, we analysed protein complexes from human PPT1 (CLN1) expressing SH-SY5Y stable cells as described above. The goal of this study was to identify in vivo PPT1 substrates that could provide insight on the onset and progression of CLN1 disease. Our findings suggest putative new roles of PPT1 in neuronal migration and dopamine receptor mediated signalling pathway.Neuronaaliset seroidilipofuskinoosit (NCL) ovat yleisimpiä lapsuusiässä ilmeneviä periytyviä aivosairauksia. Ensimmäinen NCL:ia aiheuttava geenivirhe julkaistiin jo vuonna 1995 ja sittemmin NCL:ia aiheuttavia alttiusgeenejä on löydetty jo yhteensä 13 (CLN1-8, CLN10-14). Tästä huolimatta useimpien NCL-tauteihin liittyvien geenien ja niiden koodaamien proteiinien ensisijaiset tehtävät soluissa ovat jääneet epäselviksi. Tässä väitöskirjatyössä on tutkittu NCL-tautien kongenitaaliseen (CLN10) sekä lapsuusiän (CLN1), myöhäisen lapsuusiän (CLN5) ja nuoruusiän ilmenemismuotoon johtavia muutoksia solujen toiminnassa hyödyntämällä funktionaalisen proteomiikan ja bioinformatiikan sovelluksia sekä kyseisiin tauteihin kehitettyjä hiirimalleja. Ensimmäisessä työssä hyödynsimme NCL:in kongenitaaliselle ilmenemismuodolle (CLN10) kehitettyä katepsiini D (Ctsd / Cln10) poistogeenistä hiirimallia, jonka on aikaisemmissa tutkimuksissa todettu ilmentävän hyvin taudin patologisia muutoksia synaptisilla alueilla. Tässä työssä osoitettiin kvantitatiivisen massaspektrometrian avulla, että Ctsd poistogeenisen hiiren aivojen synaptosomaalisella alueella 43 proteiinin ilmenemistasot ovat muuttuneet. Proteiinivuorovaikutustietokantoja hyödyntämällä määritettiin kyseisten proteiinien keskinäinen verkostoituminen sekä tarkistettiin kunkin yksittäisen proteiinin taustat solunsisäisissä prosesseissa, reaktioteissä ja tautifenotyypeissä. Tämän osatyössä ilmeni, että soluilla, joilla katepsiini D proteiinin toiminta on estynyt, on ongelmia solujen liikkumiseen liittyvissä toiminnoissa. Tämän pääteltiin johtuvan solutukirankaproteiinien alentuneesta ilmenemistasosta. Tämän väitöskirjatyön tavoitteena oli myös kartoittaa CLN3- ja CLN5-proteiinien vuorovaikutusverkostoa aivokudoksessa CLN3- ja CLN5-tautiin johtavien solunsisäisten tapahtumien selvittämiseksi. CLN3- ja CLN5-proteiinia ilmentävien SH-SY5Y-solujen proteiinikompleksit eristettiin ja tunnistettiin massaspektrometrialla, minkä jälkeen tuloksia analysoitiin edelleen bioinformatiikan avulla. Tässä työssä tunnistettiin lukuisia CLN3- ja CLN5-proteiinien vuorovaikutuskumppaneita (42 CLN3-proteiinille ja 31 CLN5-proteiinille). CLN3- ja CLN5-vuorovaikutusverkostojen havaittiin sisältävän keskenään samoja tekijöitä, mikä viittaa siihen, että kyseisiin tauteihin johtavat solunsisäiset molekyylitason muutokset ovat osittain samoja. Tässä työssä selvitettyjen proteiinivuorovaikusverkostojen perusteella CLN3-proteiinilla on aikaisemmin havaitsematon rooli G-proteiinivälitteisessä solunsisäisessä signaloinnissa sekä proteiinien laskostumisessa/solukalvoliikenteen säätelyssä endoplasmaattisessa retikkelissä (ER). Tämän väitöskirjan viimeisessä osatyössä analysoitiin puolestaan PPT1 (CLN1) -proteiinin vuorovaikutusverkostoja SH-SY5Y-soluissa. Tämän osatyön tavoitteena oli etsiä in vivo substraatteja entsymaattisesti aktiiviselle PPT1-proteiinille, mikä saattaa auttaa CLN1-taudin vaihtelevaan ilmiasuun vaikuttavien tekijöiden selvittämisessä. Tämän osatyön tulosten perusteella PPT1-proteiinilla on ennen, proteiinitasolla havaitsematon rooli hermosolujen liikkumisessa ja dopamiinireseptorivälitteisessä signaalinvälityksessä.
URI: URN:ISBN:978-951-51-0360-4
http://hdl.handle.net/10138/136286
Date: 2014-11-12
Subject: biomedicine
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
systemat.pdf 1.603Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record