Distribution and Function of Carbonic Anhydrase Related Proteins (CARPs) VIII, X and XI
Aspatwar, Ashok (2014)
Aspatwar, Ashok
Tampere University Press
2014
Bioinformatiikka - Bioinformatics
BioMediTech - BioMediTech
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Väitöspäivä
2014-10-31
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:ISBN:978-951-44-9595-3
https://urn.fi/URN:ISBN:978-951-44-9595-3
Tiivistelmä
Hiilihappoanhydraasien kaltaiset proteiinit – hermoston kehityksen ja toiminnan säätelijöitä?
Tässä väitöskirjassa on tutkittu hiilihappoanhydraasien kaltaisia proteiineja (CARP, carbonic anhydrase related proteins), jotka ovat kehittyneet tai tavallaan surkastuneet toimivista entsyymeistä, hiilihappoanhydraaseista. Siis näiltä CARP-proteiineilta puuttuu kyky edistää kemiallista reaktiota, jota muut hiilihappoanhydraasit pystyvät katalysoimaan, koska CARP:ien aktiivinen keskus ei pysty sitomaan kriittistä sinkkiatomia. Kuitenkin nämä proteiinit (CARP VIII, X ja XI) ja niiden geenit (CA8, CA10, CA11) ovat säilyneet evoluutiossa erittäin samankaltaisina kaikissa selkärankaisissa, ja ne ilmentyvät pääasiassa aivoissa, joten niillä mitä ilmeisimmin on jokin tärkeä tehtävä. Tämä väitöskirjatyö on paneutunut näiden arvoituksellisten proteiinien tehtävien selvittämiseen.
CARP VIII:n kohdalla tiedetään, että se esiintyy tasapainosta ja motoriikasta vastuussa olevissa pikkuaivoissa, ja sen geenivirheet johtavat motoriikan häiriöihin hiirissä ja ihmisissä, ja lisäksi lievään vajaamielisyyteen ihmisissä. Tässä työssä tutkittiin CA8-geenin ilmentymistä seeprakalan poikasissa 5 päivän ikään asti. Havaitsimme, että CA8-taso on erittäin korkealla jo hedelmöityneessä munasolussa.
Lisäksi kehitimme seeprakalamallin, jossa CA8:n ilmentyminen estettiin seeprakalan munassa. Yllättävä havainto oli, että estettäessä geenin toiminta kokonaan, kalan alkiot kuolivat, siis ilmeisesti CA8 on kriittinen geeni alkionkehityksessä. Osittainen esto johti kalojen kehittymiseen epämuodostuneina, ja erittäin pienikin esto, jossa kalanpoikaset kehittyivät normaalin muotoisina, johti kalanpoikasten uintikyvyn heikkenemiseen. Tämä uusi eläinmalli siis simuloi ihmisen CA8:n geenivirheiden motoriikkahäiriöitä, ja voi auttaa selvittämään näiden geenivirheiden tautimekanismeja ja mahdollisia hoitokeinoja.
Vastaavan kaltaiset seeprakalamallit kehitettiin myös CA10:n kaltaisille geeneille (kaloissa ca10a ja ca10b). Myös nämä geenit ilmentyvät pääasiassa aivoissa, ja niiden toiminnan estäminen haittasi kalan normaalia alkionkehitystä, erityisesti aivojen. Nämä geenit eivät kuitenkaan olleet aktiivisia munasolusta alkaen, eikä niiden estäminen johtanut yhtä vakaviin seurauksiin kuin CA8:n kohdalla.
CARP-geenien evoluutiohistoriaa tutkittaessa olemme löytäneet CARP X:n kaltaisia proteiineja tuottavia geenejä sukkulamadoista ja hyönteisistä, ja myös selkärangattomissa ne ilmentyvät varsinkin hermostossa. Vaikka tarkka toimintamekanismi on vielä selvittämättä, varhainen syntyhistoria, satoja miljoonia vuosia sitten, viittaisi siihen, että CARP X on tarpeellinen jossakin hyvin perustavanlaatuisessa hermosolujen toiminnassa. CARP VIII:n synty ajoittuu tutkimuksiemme mukaan myöhemmäksi eläinkunnassa, koska sitä tavataan selkärankaisten lisäksi vain ”kehittyneemmissä” selkärangattomissa, kuten nilviäisissä ja piikkinahkaisissa.
Tässä väitöskirjassa on tutkittu hiilihappoanhydraasien kaltaisia proteiineja (CARP, carbonic anhydrase related proteins), jotka ovat kehittyneet tai tavallaan surkastuneet toimivista entsyymeistä, hiilihappoanhydraaseista. Siis näiltä CARP-proteiineilta puuttuu kyky edistää kemiallista reaktiota, jota muut hiilihappoanhydraasit pystyvät katalysoimaan, koska CARP:ien aktiivinen keskus ei pysty sitomaan kriittistä sinkkiatomia. Kuitenkin nämä proteiinit (CARP VIII, X ja XI) ja niiden geenit (CA8, CA10, CA11) ovat säilyneet evoluutiossa erittäin samankaltaisina kaikissa selkärankaisissa, ja ne ilmentyvät pääasiassa aivoissa, joten niillä mitä ilmeisimmin on jokin tärkeä tehtävä. Tämä väitöskirjatyö on paneutunut näiden arvoituksellisten proteiinien tehtävien selvittämiseen.
CARP VIII:n kohdalla tiedetään, että se esiintyy tasapainosta ja motoriikasta vastuussa olevissa pikkuaivoissa, ja sen geenivirheet johtavat motoriikan häiriöihin hiirissä ja ihmisissä, ja lisäksi lievään vajaamielisyyteen ihmisissä. Tässä työssä tutkittiin CA8-geenin ilmentymistä seeprakalan poikasissa 5 päivän ikään asti. Havaitsimme, että CA8-taso on erittäin korkealla jo hedelmöityneessä munasolussa.
Lisäksi kehitimme seeprakalamallin, jossa CA8:n ilmentyminen estettiin seeprakalan munassa. Yllättävä havainto oli, että estettäessä geenin toiminta kokonaan, kalan alkiot kuolivat, siis ilmeisesti CA8 on kriittinen geeni alkionkehityksessä. Osittainen esto johti kalojen kehittymiseen epämuodostuneina, ja erittäin pienikin esto, jossa kalanpoikaset kehittyivät normaalin muotoisina, johti kalanpoikasten uintikyvyn heikkenemiseen. Tämä uusi eläinmalli siis simuloi ihmisen CA8:n geenivirheiden motoriikkahäiriöitä, ja voi auttaa selvittämään näiden geenivirheiden tautimekanismeja ja mahdollisia hoitokeinoja.
Vastaavan kaltaiset seeprakalamallit kehitettiin myös CA10:n kaltaisille geeneille (kaloissa ca10a ja ca10b). Myös nämä geenit ilmentyvät pääasiassa aivoissa, ja niiden toiminnan estäminen haittasi kalan normaalia alkionkehitystä, erityisesti aivojen. Nämä geenit eivät kuitenkaan olleet aktiivisia munasolusta alkaen, eikä niiden estäminen johtanut yhtä vakaviin seurauksiin kuin CA8:n kohdalla.
CARP-geenien evoluutiohistoriaa tutkittaessa olemme löytäneet CARP X:n kaltaisia proteiineja tuottavia geenejä sukkulamadoista ja hyönteisistä, ja myös selkärangattomissa ne ilmentyvät varsinkin hermostossa. Vaikka tarkka toimintamekanismi on vielä selvittämättä, varhainen syntyhistoria, satoja miljoonia vuosia sitten, viittaisi siihen, että CARP X on tarpeellinen jossakin hyvin perustavanlaatuisessa hermosolujen toiminnassa. CARP VIII:n synty ajoittuu tutkimuksiemme mukaan myöhemmäksi eläinkunnassa, koska sitä tavataan selkärankaisten lisäksi vain ”kehittyneemmissä” selkärangattomissa, kuten nilviäisissä ja piikkinahkaisissa.
Kokoelmat
- Väitöskirjat [4776]