Emésztőrendszeri diszfunkció és humorális immunválasz kapcsolata IV-es típusú kollagén mutációkkal Drosophilában

Előnézet	PDF (disszertáció) Download (2MB) | Előnézet
Előnézet	PDF (tézisfüzet) Download (307kB) | Előnézet
Előnézet	PDF (tézisfüzet) Download (240kB) | Előnézet

Magyar nyelvű absztrakt

Az extracelluláris mátrix (ECM) a sejten kívüli tér makromolekuláinak rendezett hálózata, amely a sejtek migrációját, fejlődését és túlélését biztosítja, kapcsolatot teremt a sejtek között, szövetté szervezi azokat, és részt vesz a kommunikációban. A többsejtű állati lét szinte elképzelhetetlen lenne nélküle. Az ECM fajonként és szervenként rengeteg különböző molekulából állhat, felépítésében mégis oroszlánrészt vállalnak a kollagén szupercsalád tagjai. Ezeken kívül megtalálhatóak benne a lamininek, a proteoglikánok, a glükózaminoglikánok, a fibronektin, a perlekán, a SPARC, a nidogén és gerincesekben az elasztin is. Az ECM egy speciális változata a bazális membrán, ami egyfajta határoló funkciót lát el. Szintézise általában az általa elválasztott két térrész sejtjei (pl. epitél, kötőszövet) együttes erőfeszítésének eredménye, muslicában azonban elsősorban a hemociták termelik. A bazális membrán két nagyobb egységre bontható: a bazális laminára, és a retikuláris laminára. A két réteget VII-es típusú kollagén kapcsolja össze. A kollagén egy nagyon érdekes fehérje (Pauling és mtsai, 1951). A kollagén szupercsaládot kilenc, különböző molekuláris szerkezetű és különböző funkciókat ellátó kollagén család alkotja. A kollagén molekula az N-terminális 7S doménből, a kollagén alegységből és a C-terminális NC1 doménből épül fel. A kollagén trimer összeszerelődése során három kollagén molekula, azaz három fehérjeszál alkot egy protomert. Részletes vizsgálatok kimutatták, hogy a triplahélix összeszerelődését a C-terminális NC1 domén irányítja. Az említett terminális domének feladata az egyes triplahelikális protomerek összekapcsolása. Az így kialakuló hálózat mintázata a drótkerítésre emlékeztet. Az élővilágban legelterjedtebb az (A1)2(A2) - (A1)2(A2) hálózat. A Drosophila melanogaster IV-es típusú kollagénjeit a col4a1 és a col4a2 gén kódolja. A vizsgált törzsek a col4a1 gén domináns, meleg- vagy hidegérzékeny (dominant temperature sensitive, DTS) alléljeit hordozzák. A mutánsokat etil-metán-szulfonát (EMS) mutagenezissel állították elő. A létrehozott l(2)25Ca DTS/CyRoi (meleg-) és az l(2)25Ca DCS/CyRoi (hidegérzékeny) heterozigóták, amik magas, illetve alacsony hőmérsékletre érzékenyek, restriktív körülmények között elpusztulnak. A DTS/DTS homozigóták még permisszív körülmények között sem életképesek, embrioletálisak. A kollagének poszt-transzlációs módosításában a lizin-hidroxilázok, a prolin-hidroxilázok, a lizil-oxidázok, a mátrix-metalloproteázok és a peroxidazin jut fontos szerephez. A IV-es típusú kollagén betegsége az Alport-szindróma, ami hematuriával jár, tünetei továbbá a vakság és a süketség. A Goodpasture-szindróma a vese és a tüdő COL4A3 láncának autoimmun betegsége. A HANAC-szindróma „tekervényes” retinális artériák, agyi aneurizmák, a vese szöveteinek abnormális fejlődésére visszavezethető vérvizelés, ciszták és izomgörcsök „képében” jelentkezik. A Walker-Warburg-szindróma egy szemfejlődési rendellenességekkel, izomdisztrófiával és idegsejt migrációs problémákkal jelentkező recesszív genetikai betegség. Amennyiben az érfal vérnyomással szembeni ellenállása meggyengül, az a születés körüli időszakban elszenvedett agyvérzésre és porenkefáliára hajlamosít. X-hez kötött süketséget okozhat a COL4A6 gén némelyik mutációja. Az ASD (anterior segment dysgenesis) egy több betegséget magában foglaló megnevezés, aminek tünetei a szemfejlődési rendellenességek okozta zöldhályog és látásvesztés. A közelmúltban leírtuk, hogy a col4a1 IV-es típusú kollagén gén kondicionális mutációját hordozó Drosophila melanogaster törzsben a sejtek alapmembrántól való elválása azok nagymértékű pusztulását okozza a közös petevezető harántcsíkolt-, valamint a bél simaizomzatában és annak epitélrétegében (Kelemen-Valkony és mtsai, 2012). Ebből kiindulva feltételeztük, hogy a mutánsban krónikus gyulladás alakul ki, az immunrendszer ebből kifolyólag erősen aktivált állapotban van. A mutáns lárvák bélcsatornájának vizsgálata divertikulumokat mutatott ki, amik környezetében a sejtmagok TUNEL-pozitívak restriktív hőmérsékleten; permisszív körülmények között ez a jelenség nem detektálható...

Absztrakt (kivonat) idegen nyelven

The structure and function of the mucosal epithelia is determined and supported by the underlying basement membrane (BM). The BM functions in separation, epithelial cell polarization, absorption, sensation and secretion in various tissues and body compartments. The BM is a specialized form of the extracellular matrix, composed of numerous components with a predominance of type IV collagens COL4A1 and COL4A2. Mammals, including humans, harbor three pairs of type IV collagen genes (COL4A1-6). The inherited disorder of renal, ocular and cochlear basement membranes associates with mutations of the X-linked COL4A5 gene in the majority of patients with Alport syndrome, whereas lesions in the autosomal COL4A3 and COL4A4 genes are responsible for the symptoms of Alport syndrome in about 20% of patients. The majority of the mammalian BM is composed of building units of type IV collagen trimers with (COL4A1)2COL4A2 composition. Clinical manifestations associated with COL4A1 mutations include perinatal cerebral hemorrhage and porencephaly, hereditary angiopathy, nephropathy, aneurysms, and muscle cramps (HANAC), ocular dysgenesis, myopathy and Walker-Warburg syndrome. The latest reports demonstrate systemic tissue degeneration and pleiotropy associated with COL4A1 mutations and confirm the experimental observations that the phenotypes of COL4A2 mutations are phenocopies of COL4A1 gene mutations. The mucosal epithelia of the gastrointestinal tract are constantly challenged by the microbiome resulting in various types of interactions including commensalism, symbiosis and pathogenicity. Host-microbe interactions in the gut are studied only in a few animal models including Drosophila melanogaster. Antimicrobial defense in Drosophila is facilitated by phagocytosis of pathogenic microorganisms, by the synthesis of antimicrobial peptides (AMPs) and by the generation of reactive oxygen species. Gut-associated bacterial community in Drosophila is scarce, harboring 1-20 bacterial phylotypes. Recent studies identified five dominating commensal species in the gut of wild-type flies: Lactobacillus plantarum, Lactobacillus brevis, Acetobacter pomorum, Gluconobacter morbifer and Commensalibacter intestini. Overexpression of AMPs, demonstrated in caudal hypomorphic RNAi mutants, resulted in restructuring of the commensal bacterial population with the dominance of the pathogenic Gluconobacter morbifer accompanied by degradation of gut epithelial cells and high mortality of the host. These observations suggested a potential role for high levels of AMPs in epithelial cell degeneration, gut pathogenesis, and increased mortality. In aging flies, dysfunction of the intestinal barrier that normally permits the absorption of nutrients and solutes and hampers host contact with harmful entities including microorganisms has been, accordingly, tightly linked to overexpression of AMPs. Compromised intestinal barrier function was also noted in big bang (bbg) null Drosophila mutants. The BBG protein is localized in the gut epithelial septate junctions that, in the absence of BBG, are compromised and result in reduced lifespan and chronic inflammation of the anterior midgut epithelium in mutant animals. We have recently reported an allelic series of conditional, dominant, temperature-sensitive (DTS) mutations in the type IV collagen gene col4a1 in Drosophila. The col4a1mutant heterozygotes are viable and fertile at permissive temperature (20oC), but perish at restrictive temperature (29oC). The phenotype associated with mutations of col4a1 include severe myopathy resulting from massive degradation of striated muscle fibers and degeneration of both the circular smooth muscle cells and epithelial cells of the gut that occurs following detachment from the BM. While there are signs of some repair, the capacity of the scavenger system, and/or the kinetics of cell renewal and regeneration fail to keep up with the ongoing cell degeneration in these mutants. Based on these observations, we hypothesized that col4a1 mutants may suffer from extensive cell damage-induced chronic inflammation and demonstrate a robust immune response. In Drosophila, during inflammation the immune response involves the immediate synthesis of AMPs. Therefore, we have carried out a series of tests in order to determine whether AMP induction is associated with mutation-induced aberrant col4a1 functions in DTS-L3 mutants selected for analysis based on the presence of confirmed cell degeneration and its lowest survival rate among the col4a1 mutant lines at 29oC...

Tétel nézet