Tay-sachs Hastalığı Fare Hücrelerinde MiRNA'ların Biyolojik Rolünün Araştırılması

Abstract

Tay-Sachs hastalığı, HEXA geminin mutasyonu ve β-N-asetilheksosaminidaz A enzim eksikliğine bağlı bir lizozomal depo hastalığıdır. GM2 gangliozidinin lizozomal birikimi ve bozulmuş otofajik akış daha önce Tay-Sachs hastalığı fare modeli olan Hexa- /-Neu3-/-'de bildirilmiştir. Birkaç tedavi stratejisi araştırılmış olsa da Tay-Sachs hastalığı için küratif bir tedavi yoktur. ML-SA1 bir lizozomal kalsiyum kanalı agonistidir ve otofaji ve ekzositozu indükleme yeteneği çeşitli hastalıklarda bildirilmiştir. miRNA'lar, gen ekspresyonunu transkripsiyon sonrası düzenleyen kodlamayan küçük RNA'lardır. miRNA'ların düzensiz ekspresyonları birkaç lizozomal depo hastalığı için incelenmiştir. Ancak, Tay-Sachs hastalığında kapsamlı miRNA profillendirmesi ve ML-SA1 tedavisi hakkında bir çalışma yoktur. Bu çalışmada ML-SA1 ile tedavi edilmiş ve edilmemiş koşullarda Hexa-/-Neu3-/- fibroblastları ve nöroglialarının kapsamlı miRNA profillerini belirleyerek hastalık patolojisiyle ilişkili spesifik miRNA'ları tanımlamak ve ML-SA1'in lizozomal ekzositoz ve bozulmuş otofaji üzerindeki etkisini değerlendirmek amaçlanmıştır. Buna göre, yeni nesil dizileme ile birlikte enzim aktivite analizi, otofaji ve ekzositoz belirteçlerinin protein ve gen ekspresyon analizleri gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak, ML-SA1 lizozomal ekzositozu artırmış ve otofajiyi indüklemiştir. Ancak otofajik temizlenme gözlemlenmemiştir. ML-SA1 uygulanmamış Hexa-/-Neu3-/- fibroblastlar ve nöroglialarda mmu-miR-672-5p ve mmu-miR-5624-3p, WT kontrollerine kıyasla önemli ölçüde yukarı regüle edilirken, mmu-miR-6940-3p önemli ölçüde aşağı regüle edilmiştir. ML-SA1 tedavisi üzerine, WT hücrelerine kıyasla mmu-miR-375-3p her iki hücre tipinde de önemli ölçüde yukarı regüle edilirken mmu-miR-7091-5p önemli ölçüde aşağı regüle edilmiştir ve mmu-miR-672-5p'nin yukarı regülasyonu etkilenmemiştir. Bu bulgular lizozomal kalsiyum modülasyonunun hastalık koşulları altında miRNA regülasyonunu belirgin şekilde etkilediğini göstermektedir.

Tay-Sachs disease is a lysosomal storage disorder arising from the deficiency of β-N-acetylhexosaminidase A enzyme due to a mutated HEXA gene. Lysosomal accumulation of GM2 ganglioside and impaired autophagic flux were reported previously in a mouse model of Tay-Sachs disease, Hexa-/-Neu3-/-. Although several treatment strategies have been investigated, there is no curative treatment for Tay-Sachs disease. ML-SA1 is a lysosomal calcium channel agonist, and its ability to induce autophagy and exocytosis has been reported in various diseases. miRNAs are noncoding small RNAs that regulate gene expression post-transcriptionally. Their dysregulated expression was studied for several lysosomal storage disorders. However, there is no study about comprehensive miRNA profiling and ML-SA1 treatment on Tay-Sachs disease. Here, it was aimed to determine in-depth miRNA profiles of Hexa-/-Neu3-/- fibroblasts and neuroglia in untreated and ML-SA1 treated conditions to identify specific miRNAs associated with disease pathology and to evaluate the effect of ML-SA1 on lysosomal exocytosis and impaired autophagy. Accordingly, next-generation sequencing alongside evaluations of enzymatic activity, protein, and gene expression of autophagy and exocytosis markers were performed. As a result, ML-SA1 increased lysosomal exocytosis and induced autophagy. However, autophagic clearance could not be observed. In untreated Hexa-/-Neu3-/-fibroblasts and neuroglia mmu-miR-672-5p and mmu-miR5624-3p were significantly upregulated, while mmu-miR-6940-3p was significantly downregulated compared to WT controls. Upon ML-SA1 treatment, mmu-miR-375-3p was significantly upregulated in both cell types, whereas mmu-miR-7091-5p was significantly downregulated compared to WT cells, with mmu-miR-672-5p remaining unaffected. Overall, these findings suggest that lysosomal calcium modulation distinctly influences miRNA regulation under disease conditions.