Utjecaj sastava gangliozida na ekspresiju, submembransku lokalizaciju i aktivnost Na+, K+-ATPaze i Ca2+-ATPaze stanične membrane u mozgu miša

doctoral thesis

• Title (english): The effect of ganglioside composition on expression, submembrane localization and activity of Na+, K+-ATPase and plasma membrane Ca2+-ATPase in mouse brain
• Author: Borna Puljko
• Mentor: Kristina Mlinac Jerković (mentor)
• Committee member: Dinko Mitrečić (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Ana Katušić Bojanac (član povjerenstva)
• Committee member: Kristian Vlahoviček (član povjerenstva)
• Committee member: Fran Borovečki (član povjerenstva)
• Committee member: Svjetlana Kalanj-Bognar (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; School of Medicine; Zagreb
• Defense date and country: 2023-09-13, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: BIOMEDICINE AND HEALTHCARE; Clinical Medical Sciences; Clinical Biochemistry
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: BIOMEDICINE AND HEALTHCARE; Basic Medical Sciences; Neuroscience
• Universal decimal classification (UDC): 611 - Anatomy

Abstract

U mišjim modelima s poremećenom sintezom glikosfingolipida gangliozida dolazi do promjene u lipidnom okolišu membrane potrebnom za pravilno funkcioniranje membranskih proteina. Cilj ovog istraživanja bio je višerazinskim metodološkim pristupom sustavno utvrditi utjecaj promijenjenog sastava gangliozida u mišjem modelu St8sia1 null na gensku i proteinsku ekspresiju, te submembransku lokalizaciju pojedinih izoformi i podjedinica Na+, K+-ATPaze (NKA), Ca2+-ATPaze stanične membrane (PMCA) i neuroplastina (Np), kao i na enzimsku aktivnost NKA i PMCA u različitim regijama mozga. Analizom genske ekspresije metodom lančane reakcije polimerazom u stvarnom vremenu utvrđene su promjene u ekspresiji gena za katalitičke i β- podjedinice NKA, izoforme PMCA između moždane kore, maloga mozga i hipokampusa miševa St8sia1 null u odnosu na kontrolnu skupinu, ukazujući na različitu staničnu potrebu za pojedinim izoformama, dok je u sve tri regije mozga utvrđen porast ekspresije gena za neuroplastin. Westernskom metodom otiska pokazano je da dolazi do promjene u količinskom sadržaju istraživanih proteina u regijama mozga St8sia1 null u vidu porasta količine katalitičkih podjedinica NKA te izoforme PMCA2 u moždanoj kori, PMCA4 u malome mozgu, te PMCA3 i 4 u hipokampusu miševa St8sia1 null ukazujući na različitu staničnu potrebu za pojedinim izoformama različitih kinetičkih svojstava. Analizom submembranske lokalizacije navedenih proteina utvrđen je proces njihove redistribucije u analiziranim regijama mozga miševa St8sia1 null. Analizom enzimskih aktivnosti NKA i PMCA utvrđeno je kako dolazi do pada aktivnosti u moždanoj kori i malome mozgu miševa St8sia1 null uslijed ukupnih biokemijskih promjena uzrokovanim promijenjenim gangliozidnim sastavom membrane. Dodavanjem egzogenih gangliozida b- serije uspostavljen je porast enzimske aktivnosti NKA i PMCA, dajući ovom istraživanju translacijski potencijal. Rezultati istraživanja nedvojbeno pokazuju da promijenjen sastav gangliozida ima dalekosežne posljedice po funkcioniranje ubikvitarnih staničnih membranskih prijenosnika iona.

Abstract (english)

Mice models with altered biosynthesis of glycosphingolipids gangliosides have altered membrane lipid environment necessary for the proper function of membrane proteins. The aim of this thesis was to systematically determine the effect of altered ganglioside composition on gene and protein expression, submembrane localization of specific isoforms and subunits of Na+, K+-ATPase (NKA), plasma membrane Ca2+-ATPase (PMCA) and neuroplastin (Np), and enzyme activity of NKA and PMCA in different brain regions of St8sia1 null mice. Gene expression analysis revealed changes in expression profiles of different PMCA isoforms and NKA subunits in null mice compared to their controls, indicating the different cellular need for specific isoforms. Neuroplastin gene expression was higher in all analysed regions. Higher protein content of catalytic NKA subunits and PMCA2 isoforms in the cortex, PMCA4 in the cerebellum, and of PMCA3 and PMCA4 isoforms in the hippocampus was determined in null mice illustrating the cellular needs for specific subunits with differing kinetic parameters. Altered submembrane localization of investigated proteins shows their redistribution between different membrane subdomains. Described biochemical changes stemming from altered ganglioside composition, cause lower enzyme activities of NKA and PMCA determined in cortices and cerebella of null mice. We were able to rescue NKA and PMCA activity by administration of exogenous b- series gangliosides, giving this research translational potential. The results of this thesis unequivocally show that changes in ganglioside microenvironment have considerable consequences on the function of membrane ion transporters.

• Keywords: Životinje; Miševi; Gangliozidi; Membranski proteini; Lipidi membrane; Glikosfingolipidi; Cerebelum; Izoforme proteina; Hipokampus; Profiliranje ekspresije gena; Ekspresija gena
• Keywords (english): Animals; Mice; Gangliosides; Membrane Proteins; Membrane Lipids; Glycosphingolipids; Cerebellum; Protein Isoforms; Hippocampus; Gene Expression Profiling; Gene Expression
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:105:903757
• Project: Number: DOK-09-2018; Title: Projekt razvoja karijera mladih istraživača - izobrazba novih doktora znanosti; Leader: Kristina Mlinac Jerković; Jurisdiction: Croatia; Funder: Hrvatska zaklada za znanost
• Project: Number: IP-2016-06-8636; Title: Molekularni biljezi vulnerabilnosti, adaptacije i plastičnosti neurona u akutnoj i kroničnoj ozljedi mozga; Acronym: NeuroReact; Leader: Svjetlana Kalanj-Bognar; Jurisdiction: Croatia; Funder: HRZZ; Funding stream: IP
• Project: Number: KK.01.1.1.01.0007; Title: Eksperimentalna i klinička istraživanja hipoksijsko-ishemijskog oštećenja mozga u perinatalnoj i odrasloj dobi; Leader: Ivica Kostović; Jurisdiction: Croatia; Funder: EK
• Study programme: Title: Neuroscience; Study programme type: university; Study level: postgraduate; Academic / professional title: doktor/doktorica znanosti, područje biomedicine i zdravstvo (doktor/doktorica znanosti, područje biomedicine i zdravstvo)
• Type of resource: Text
• Extent: 126 str.
• File origin: Born digital
• Access conditions: Open access; Embargo expiration date: 2024-09-14
• Created on: 2023-09-18 08:27:41