Investigating the Biological Role of Sialidase Neu4 and Gm3 Synthase Enzymes in a Mouse Model of Tay-Sachs Disease

Abstract

β-Hexaminidase A which has role in GM2 degradation in glycosphingolipid pathway is known to be main enzyme for Tay-Sachs disease. Although recessive mutant phenotype of this enzyme causes disease in human, Hexa gene knockout mice show less accumulation of GM2 ganglioside than human. To avoid excess GM2 accumulation, mice uses neuraminidases convert GM2 into GA2. In addition, among neuraminidases, it has been found that Neu4-/-Hexa-/- mice can be good model for Tay-Sachs diseases (Seyrantepe et al., 2010). On the other hand, to prevent GM2 accumulation, blocking GM3 synthase is the finest method because GM3 synthase plays a big part in ganglioside synthesis pathway by producing GM3 that is later converted into GM2 or GD3 ganglioside. In addition, GM3 synthase deficient mice can live longer than 1 year. In this study, Hexa-/-GM3S-/-Neu4-/- mice with single and double variants were produced and brain regions were analyzed with thin-layer chromatography, immunohistochemistry, and real-time PCR methods. This investigation was conducted to clarify real function of GM3S on Tay-Sachs mice model and to search for possible effects of Neu4 in ganglioside pathway. Although GM2 accumulation are present in Hexa-/- and Neu4-/-Hexa-/-mice, analysis of Hexa-/-GM3S-/-Neu4-/-and Hexa-/-GM3S-/- mice revealed that there is no GM2 accumulation without GM3 synthase enzyme. These results are consistent with known ganglioside synthesis pathway. Hexa-/-GM3S-/-Neu4-/- and double deficient Neu4-/-mice variants disclosed change of Neu3 and Neu2 concentration to the wild type mice. In regard of these results, change in other neuraminidase expression is to compensate Neu4 function.

GM2 yıkımında rol alan β-hekzosaminidaz A’nın tay sachs hastalığında esas enzim olduğu bilinmektedir. Bu enzimin ressesif mutant fenotipi insanda hastalığa sebebiyet vermesine rağmen, hekzosaminidaz A nakavt fare insana göre daha az GM2 gangliosit birikimi göstermektedir. Farelerde, GM2 birikiminin fazla artışından kaçınmak için fareler GM2’yi, GA2’ye neuraminidazlarla çevirirler. Buna ek olarak, sialidazlar arasından, Neu4-/-Hexa-/- farelerinin Tay-Sachs hastalığı için iyi bir model organizma olabileceğini bulunmuştur (Seyrantepe et al., 2010). Öte yandan, GM2 brikimini önlemek için, GM3 sentaz’ı bloklamak en iyi yöntemdir çünkü GM3 sentaz gangliosit sentez yol izinde büyük bir rol oynar ve sonradan GM2 ya da GD3’e dönüşencek olan GM3’ü sentezler. Bu çalışmada, Hexa-/-GM3S-/-Neu4-/- fare ve onun tekli ve ikili varyantları üretildi ve beyin bölgeleri ince tabaka kromatografisi, immünohistokimya, ve gerçek zamanlı PCR metodlarıyla analiz edildi. Bu araştırma GM3S’in gangliosit metabolizmasındaki gerçek rolünün açıklanması ve Neu4’un gangliosit yol izindeki muhtemel etkilerini aramak için yürütüldü. GM2 birikimi Hexa-/- ve Neu4-/-Hexa-/- farelerinde olmasına ragmen, Hexa-/- GM3S-/-Neu4-/-ve Hexa-/-GM3S-/- faresinin analizi göstermiştir ki GM3 sentaz enzimininin yokluğunda GM2 birikimi yoktur. Bu sonuçlar bilinen gangliosit sentez yol iziyle tutarlıdır. Hexa-/-GM3S-/-Neu4-/- ve Neu4-/-olmayan ikili varyantları Neu3 ve Neu2’nin konsantrasyonunda değişimi açığa vurmuştur. Bu sonuçlar bakımından, diğer neuraminidasızlardaki değişim Neu4’un yokluğunu kompanse etmek içindir.