Investigation of biological roles of neuraminidase 3 and N-acetylgalactosaminyltransferase enzymes in glycolipid metabolism

Abstract

Gangliosides are sialic acid containing biomolecules and perform important functions by locating on cell membranes. Their catabolism regulated by sialidases while their synthesis was performed by glycosyltransferases. Neu3 reacts with gangliosides on plasma-membrane and acts in cellular processes. Neu3 mice model was studied without signs of altered brain activity and phenotypic alterations. In further studies, significance of Neu3 sialidase in bypass mechanism shown in Tay-Sachs disease mice model named as Hexa-/-Neu3-/- mice. Galgt enzyme produces 0-, a-, b-, and c-series of complex gangliosides. Galgt deficiency led to progressive axonal degeneration, decreased myelin volume, altered axo-glial junction integrity, male infertility and hindpaw-clasping in mice. However, the studies for showing In this study, we investigated altered ganglioside metabolism, ER-stress, oxidative stress, and apoptosis mechanisms in cortex, thalamus, and cerebellum tissues of 3- and 6-month-old Neu3-/-, Galgt-/-, and Neu3-/-Galgt-/- mice compared to age-matched WT control by performing molecular biological techniques (TLC, RT-PCR, and Western Blot analyses). Furthermore, we performed histopathologic and immunohistochemical analyses to examine the alterations in myelination, neuron number, and glyco-conjugate content, morphological abnormalities, and apoptosis in brain sections of single and double deficient mice models. We also performed behavioral assays like rotarod, passive avoidance and open field to show altered brain functions and behavioral abnormalities like anxiety, reduced motor balance, strength, and locomotory activity in addition to problems in memory formation. In line with these studies, we found that Neu3 and Galgt enzymes acts in the regulation of ganglioside metabolism in a region-specific and age-dependent manner.

Gangliositler siyalik asit içeren biyomoleküller olup hücre zarında önemli işlevleri yerine getirir. Gangliosit sentezi glikosiltransferazlarla gerçekleştirilirken katabolizmaları sialidazlarla düzenlenmiştir. Neu3 sialidazı gangliositler üzerinde etkili olup hücresel işlemlerde rol alır. Neu3 fare modelinde, değişmiş beyin aktivitesi ve fenotipik değişiklikler gözlenmemiştir. Daha sonra yapılan çalışmalarda, Neu3 enziminin Hexa-/-Neu3-/- fare modelinde Tay-Sachs hastalığı patolojisine sebep olduğu belirtilmiştir. Galgt enzimi, 0-, a-, b- ve c-serisi kompleks gangliosidleri üretir. Galgt eksikliği, ilerleyici aksonal dejenerasyona, azalmış miyelin hacmine, değişen akso-glial bağlantı bütünlüğüne, erkek kısırlığına ve farelerde arka pençeye neden oldu. Biz bu çalışmada, 3- ve 6 aylık Neu3-/-, Galgt-/- ve Neu3-/- Galgt-/- fare modellerinin korteks, talamus ve beyincik dokularında değişen gangliosit metabolizmasını, ER stres, oksidatif stres ve apoptoz mekanizmalarını yaş-uyumlu WT kontrolü ile kıyaslayarak moleküler biyolojik teknikler (TLC, RT-PCR ve Western Blot analizleri) ile araştırdık. Ayrıca miyelinasyon, nöron sayısı ve gliko-konjugat içeriği, morfoloji ve apoptoz analizlerini tek ve çift gen eksiği olan fare modellerinin beyin kesitlerinde histopatolojik ve immünohistokimyasal teknikler uygulayarak gerçekleştirdik. Ayrıca değişen beyin fonksiyonlarını ve anksiyete, azalan motor kontrolü, güç ve hafıza oluşturma gibi davranış anormalliklerini göstermek için rotarod, pasif kaçınma ve açık alan gibi davranış analizleri yaptık. Bu çalışmalar sonucunda, Neu3 ve Galgt enzimlerinin gangliosit metabolizmasının düzenlenmesinde bölgeye ve yaşa bağlı olarak etkili olduğunu düşünüyoruz.