Investigation of the biological role of mouse acylneuraminyl hydrolase enzymes in the regulation of neuroinflammation

Abstract

Sialidosis is a lysosomal storage disorder, and it is inherited by autosomal recessive mutations in the Neuraminidase 1 (NEU1) gene. Neuraminidases or sialidases are catalytic enzymes that carry out the desialylation of glycoconjugates. Deficiencies of neuraminidases lead to the accumulation of sialoglycoconjugates in membranes of cells. Neuroinflammation and neurodegeneration are present in some lysosomal storage diseases such as Tay-Sachs. However, in the sialidosis mouse model, neuroinflammation was never studied. In this study, we investigated the effect of neuraminidase 1, neuraminidase 3, and their combined deficiency on neuroinflammation by using Neu1-/-, Neu3-/- knockout, and Neu1-/- Neu3-/- double knockout mouse models. Neu1-/- Neu3-/- knockout mouse model was smaller in comparison to its littermates and showed muscle weakness, tremoring, and 2-3 weeks of a lifetime. Some of the Neu1-/- Neu3-/- mice died prematurely. To unravel the pathology immunohistochemical, biological, and chromatographic techniques were used. The expression of inflammatory cytokines was altered in the Neu1-/-, Neu3-/-, and Neu1-/- Neu3-/- mice with respect to the brain section. Neu1-/- Neu3-/- mice showed generally the highest expression of cytokines in the cerebellum compared to the cortex. Neuronal loss was observed in the Neu1-/- Neu3-/- mice in the cortex, thalamus, and cerebellum. The most remarkable change was in the ganglioside expression pattern in the Neu1-/- Neu3-/- mice cortex. GD3 expression was present in the cortex of Neu1-/- Neu3-/- mice where expression of this ganglioside is related to neuroinflammation, neurodegenerative stimuli, autophagosome remodeling and programmed cell death.

Sialidoz bir lizozomal depo bozukluğudur ve kalıtımı Neuraminidase 1 (NEU1) genindeki otozomal resesif mutasyonlarla sağlanır. Nöraminidazlar veya sialidazlar, glikokonjugatların desialilasyonunu gerçekleştiren katalitik enzimlerdir. Nöraminidazların eksiklikleri, hücre zarlarında sialoglikokonjugatların birikmesine yol açar. Literatürde Tay-Sachs gibi bazı lizozomal depo hastalıklarında nöroinflamasyon ve nörodejenerasyon görüldüğüne dair çalışmalar vardır. Fakat, siyalidoz fare modelinde, nöroinflamasyon hiçbir zaman çalışılmamıştır. Bu çalışmada, Neu1-/-, Neu3-/- nakavt, ve Neu1-/- Neu3-/- çift nakavt fare modelleri kullanılarak nöraminidaz 1, nöraminidaz 3 ve bu enzimlerin kombine eksikliğinin nöroinflamasyon üzerindeki etkisini araştırılmıştır. Neu1-/- Neu3-/- knockout fare modeli, kafesteki kardeşlerine kıyasla daha küçük bir dış görünüş ve kas zayıflığı, titreme ve 2-3 haftalık bir yaşam süresi göstermiştir. Neu1-/- Neu3-/- çift nakavt farelerinden bazılarında erken ölüm gözlemlenmiştir. Bu çalışmada, patolojiyi araştırmak için immünohistokimyasal, biyolojik ve kromatografik teknikler kullanıldı. Enflamatuvar sitokinlerin ekspresyonu, Neu1-/-, Neu3-/- ve Neu1-/- Neu3-/- farelerinde beyin anatomisine göre farklılıklar göstermiştir. Neu1-/- Neu3-/- farelerinin, kortekse kıyasla genellikle beyincikte en yüksek sitokin ekspresyonunu gösterdiği gözlemlenmiştir. Ek olarak, Neu1-/- Neu3-/- farelerinde korteks, talamus ve beyincikte nöron kaybı tespit edilmiştir. En dikkat çekici değişiklik, Neu1-/- Neu3-/- fare korteksindeki gangliosid ekspresyonunda görülmüştür. Nöroinflamasyon, nörodejeneratif uyaranlar, otofagozom modellenmesi ve programlanmış hücre ölümü ile ilişkilendirilmiş GD3 gangliositinin ekspresyonu, Neu1-/- Neu3-/- farelerinin korteksinde tespit edilmiştir.