Investigation of the effects of antiinflammatory in the tissues of GM2 gangliosidosis mouse model

Abstract

Tay- Sachs disease is an autosomal recessively inherited lysosomal storage disorder caused by mutations on the HEXA gene encoding α-subunit of β- Hexosaminidase A enzyme. The enzyme catalyzes GM2 to GM3 conversion but when it is deficient the GM2 degradation is interrupted and GM2 ganglioside is progressively accumulated especially in neurons. Progressive accumulation of GM2 causes increasing death of neurons, disruption in mental and motor functions and eventually death at 2-4 years of age. The Hexa-/- Tay-Sachs model was normal thanks to a bypass mechanism mediated by Neurominidase3. It was determined that Hexa-/-Neu3-/- mice mimicked the neuropathologic and clinical phenotype of the Tay-Sachs disease. Previously we showed GM2 accumulation in Hexa-/-Neu3-/- Tay Sachs disease mouse model triggers release of proinflammatory cytokines, microgliosis, astrogliosis consequently activation of inflammatory cascades as well as oxidative stress. These inflammatory events contribute to neurodegeneration observed in the disease pathology. In Sandhoff Disease mouse model it was shown that astrocytes express adenosine A2A receptors which induces ccl2 chemokine overexpression. A2A receptor antagonist istradefylline treatment reduces microglial activation and ccl2 expression in Sandhoff mice. In this study; A2A receptor antagonist istradefylline treatment was applied to Tay Sachs disease mouse model and whether this treatment would alleviate the neuroinflammation and redox imbalance; and prolong the lifespan was investigated by molecular biological and behavioural analyses. Modulation of ccl2 expression by istradefylline was used as potential therapeutic target to slow down Tay Sachs disease mouse model.

Tay-Sachs hastalığı, β-Heksosaminidaz A enziminin α-alt birimini kodlayan HEXA genindeki mutasyonların neden olduğu otozomal resesif geçişli bir lizozomal depo bozukluğudur (LSD). Enzim normalde GM2'den GM3'e dönüşümü katalize eder ancak bu enzim bulunmadığında veya işlevsiz olduğunda GM2 bozunması kesintiye uğrar ve GM2 gangliositi özellikle nöronlarda zamana bağlı olarak giderek birikir. GM2'nin ilerleyici birikimi, nöronların ölümünün artmasına, zihinsel ve motor işlevlerde bozulmaya ve sonunda 2-4 yaşlarında ölüme neden olur. Tay-Sachs modeli olarak oluşturulan Hexa-/- fareler, Neu3 sialidazın aracılık ettiği bir baypass mekanizması sayesinde neredeyse normal bir fenotip göstermiştir. Tay-Sachs hastalığı patolojisinde Neu3 sialidazın gangliosit yıkımında yer aldığı ve Hexa-/-Neu3-/- farelerin hastalığın nöropatolojik ve klinik fenotipini taklit ettiği belirlenmiştir. Daha önce, Hexa-/-Neu3-/- Tay Sachs hastalığı fare modelinde GM2 birikiminin, proinflamatuar sitokinlerin salınımını, mikrogliosisi ve astrogliosisi tetiklediğini ve bunun sonucunda oksidatif stresin yanı sıra inflamatuar kaskadların aktivasyonunu tetiklediğini göstermiştik. Bu inflamatuar olaylar, hastalık patolojisinde gözlenen nörodejenerasyona katkıda bulunur. Sandhoff Hastalığı fare modelinde astrositlerin, ccl2 kemokin aşırı ekspresyonunu indükleyen adenozin A2A reseptörlerini eksprese ettiği gösterilmiştir. A2A reseptör antagonisti olan istradefilin tedavisi, SD farelerin geç fazında mikroglial aktivasyonu ve ccl2 ekspresyonunu azalttığı gösterilmiştir. Bu çalışmada; Tay Sachs hastalığı olan fare modeline A2A reseptör antagonisti olan istradefilin tedavisi uygulanmış ve bu tedavinin nöroinflamasyon ve redoks dengesizliği patolojisini hafifletip hafifletmeyeceği; ve ömrü uzatıp uzatmayacağı moleküler biyolojik ve davranışsal analizlerle araştırılmıştır. Ccl2 ekspresyonunun istradefylline ile modülasyonu, fare modelinde Tay Sachs hastalığını yavaşlatmak için potansiyel terapötik hedef olarak kullanılmıştır.