Epiteliální buňky bukálního stěru jako potenciální neinvazivní biologický materiál pro monitorování mitochondriálních dysfunkcí v průběhu rozvoje Huntingtonovy choroby – pilotní studie

English version

Autoři: M. Rodinova ¹; E. Trefilova ¹; I. Liskova ^2,3; J. Klempir ^2,4; Z. Ellederová ³; D. Vidinska ³; J. Motlik ³; J. Zeman ¹; H. Hansíková ¹
Působiště autorů: Department of Pediatrics and Adolescent Medicine, 1st Faculty of Medicine, Charles University and General University Hospital in Prague, Czech Republic ¹; Department of Neurology and Centre of Clinical Neuroscience, 1st Faculty of Medicine, Charles University and General University Hospital in Prague, Czech Republic ²; Laboratory of Cell Regeneration and Cell Plasticity, Institute of Animal Physiology and Genetics AS CR, v. v. i., Libechov, Czech Republic ³; Institute of Anatomy, 1st Faculty of Medicine, Charles University in Prague, Czech Republic ⁴
Vyšlo v časopise: Cesk Slov Neurol N 2015; 78/111(Supplementum 2): 49-54
doi: https://doi.org/10.14735/amcsnn2012S49

Souhrn

Úvod:
Huntingtonova nemoc (Huntington’s Disease; HD) je neléčitelné neurodegenerativní onemocnění, které se manifestuje v dospělosti progresivními změnami chování, motoriky a kognitivních funkcí. Onemocnění je způsobeno expanzí tripletu CAG v genu pro protein huntingtin a má téměř úplnou penetranci. Nejvíce postižené bývá striatum, avšak patologické změny jsou detekovatelné také v periferních tkáních jako je krev, sval nebo kožní fibroblasty. V posledních letech se ukazuje, že důležitou roli v patogenezi a progresi HD hraje poškození mitochondrií, jako jsou např. změny aktivit komplexů dýchacího řetězce, snížení syntézy ATP nebo zvýšení apoptotických signálů.

Cíl a materiál:
Cílem studie bylo analyzovat množství komplexu I a IV dýchacího řetězce v epiteliálních buňkách bukálního stěru u šesti pacientů s HD a u tří miniprasat transgenních pro N‑terminální část lidského mutovaného huntingtinu (TgHD) ve srovnání se zdravými kontrolami. Metody: Množství komplexu I a IV dýchacího řetězce bylo stanoveno pomocí mikroimunoanalýzy (Dipstick microimmunocapture assay, Mitosciences).

Výsledky:
U čtyř pacientů ze šesti bylo detekováno snížené množství komplexu I a/ nebo IV až na 36 % hodnoty u kontrol. Mikroimunoanalýza se ukázala dostatečně citlivá i pro detekci komplexů I a IV v buňkách bukální sliznice TgHD miniprasat, avšak ve věku 36 měsíců nebyl zaznamenán rozdíl v obsahu komplexů I a IV mezi TgHD a WT zvířaty. Vzorky z bukálního stěru mohou být odebírány opakovaně bez větší zátěže pacienta nebo sledovaného zvířete. Analýza epiteliálních buněk ústní sliznice tak může sloužit k dlouhodobému monitorování mitochondrií od asymptomatického období až po úplný rozvoj HD.

Klíčová slova:
Huntingtonova nemoc – komplex I dýchacího řetězce – komplex IV dýchacího řetězce – epiteliální buňky bukálního stěru

Autoři deklarují, že v souvislosti s předmětem studie nemají žádné komerční zájmy.

Redakční rada potvrzuje, že rukopis práce splnil ICMJE kritéria pro publikace zasílané do biomedicínských časopisů.

Zdroje

1. Purdon SE, Mohr E, Ilivitsky V, Jones BD. Huntington‘s disease: pathogenesis, diagnosis and treatment. J Psychiatry Neurosci 1994; 19(5): 359– 367.

2. The Huntington‘s Disease Collaborative Research Group. A novel gene containing a trinucleotide repeat that is expanded and unstable on Huntington‘s disease chromosomes. Cell 1993; 72(6): 971– 983.

3. Roos RA. Huntington‘s disease: a clinical review. Orphanet J Rare Dis 2010; 5: 40– 40. doi: 10.1186/ 1750‑ 1172‑ 5‑ 40.

4. Brinkman R, Mezei M, Theilmann J, Almgvist E, Hayden MR. The likelihood of being affected with Huntington‘s disease by a particular age, for a specific CAG size. Am J Hum Genet 1997; 60(5): 1202– 1210.

5. Zuccato C, Cattaneo E. Role of brain‑derived neurotrophic factor in Huntington‘s disease. Prog Neurobiol 2007; 81(5– 6): 294– 330.

6. Costa V, Scorrano L. Shaping the role of mitochondria in the pathogenesis of Huntington‘s disease. The EMBO J 2012; 31(8): 1853– 1864. doi: 10.1038/ emboj.2012.65.

7. Damiano M, Diguet E, Malgorn C, D’Aurelio M, Galvan L, Petit F et al. A role of mitochondrial complex II defects in genetic models of Huntington‘s disease expressing N‑terminal fragments of mutant huntingtin. Hum Mol Genet 2013; 22(19): 3869– 3882. doi: 10.1093/ hmg/ ddt242.

8. Milakovic T, Johnson GV. Mitochondrial respiration and ATP production are significantly impaired in striatal cells expressing mutant huntingtin. J Biol Chem 2005; 280(35): 30773– 30782.

9. Waelter S, Boeddrich A, Lurz R, Scherzinger E, Lueder G, Lehrach H et al. Accumulation of mutant huntingtin fragments in aggresome‑like inclusion bodies as a result of insufficient protein degradation. Mol Biol Cell 2001; 12(5): 1393– 1407.

10. Kosinski CM, Schlangen C, Gellerich FN, Gizatullina Z, Deschauer M, Schiefer J et al. Myopathy as a first symptom of Huntington‘s disease in a Marathon runner. Mov Disord 2007; 22(11): 1637– 1640.

11. Mihm MJ, Amann DM, Schanbacher BL, Altschuld RA, Bauer JA, Hoyt KR. Cardiac dysfunction in the R6/ 2 mouse model of Huntington‘s disease. Neurobiol Dis 2007; 25(2): 297– 308.

12. Sassone J, Colciago C, Cislaghi G, Silani V, Ciammola A. Huntington‘s disease: the current state of research with peripheral tissues. Exp Neurol 2009; 219(2): 385– 397. doi: 10.1016/ j.expneurol.2009.05.012.

13. Squitieri F, Falleni A, Cannella M, Orobello S, Ful-ceri F, Lenzi P et al. Abnormal morphology of peripheral cell tissues from patients with Huntington‘s disease. J Neural Transm 2010; 117(1): 77– 83. doi: 10.1007/ s00702‑ 009‑ 0328‑ 4.

14. Van Raamsdonk JM, Murphy Z, Selva DM, Hamidizadeh R, Pearson J, Petersén A et al. Testicular degeneration in Huntington‘s disease. Neurobiol Dis 2007; 26(3): 512– 520.

15. Toneff T, Mende‑ Mueller L, Wu Y, Hwang SR, Bundey R, Thompson LM et al. Comparison of huntingtin proteolytic fragments in human lymphoblast cell lines and human brain. J Neurochem 2002; 82(1): 84– 92.

16. Rodinova M, Trefilova E, Honzik T, Tesarova M, Zeman J, Hansikova H. Non‑ invasive screening of cytochrome c oxidase deficiency in children using a dipstick immunocapture assay. Folia Biol (Praha) 2014; 60(6): 268– 274.

17. Waldvogel HJ, Faull RL. The diversity of GABA(A) receptor subunit distribution in the normal and Huntington‘s disease human brain. Adv Pharmacol 2015; 73: 223– 264. doi: 10.1016/ bs.apha.2014.11.010.

18. Brito V, Giralt A, Enriquez‑Barreto L, Puigdellívol M, Suelves N, Zamora‑ Moratalla A et al. Neurotrophin receptor p75(NTR) mediates Huntington‘s disease‑associated synaptic and memory dysfunction. J Clin Invest 2014; 124(10): 4411– 4428. doi: 10.1172/ JCI74809.

19. Tabrizi SJ, Schapira AH. Secondary abnormalities of mitochondrial DNA associated with neurodegeneration. Biochem Soc Symp 1999; 66: 99– 110.

20. Tabrizi SJ, Workman J, Hart PE, Mangiarini L, Mahal A, Bates G et al. Mitochondrial dysfunction and free radical damage in the Huntington R6/ 2 transgenic mouse. Ann Neurol 2000; 47(1): 80– 86.

21. Gizatullina ZZ, Lindenberg KS, Harjes P, Chen Y, Kosinski CM, Landwehrmeyer BG et al. Low stability of Huntington muscle mitochondria against Ca2+ in R6/ 2 mice. Ann Neurol 2006; 59(2): 407– 411.

22. Silva AC, Almeida S, Laco M, Duarte AI, Dominigues J, Oliveira CR et al. Mitochondrial respiratory chain complex activity and bioenergetic alterations in human platelets derived from pre‑symptomatic and symptomatic Huntington‘s disease carriers. Mitochondrion 2013; 13(6): 801– 809.

23. Parker WD jr, Boyson SJ, Luder AS, Parks JK. Evidence for a defect in NADH: ubiquinone oxidoreductase (complex I) in Huntington‘s disease. Neurology 1990; 40(8): 1231– 1234.

24. Arenas J, Campos Y, Ribacoba R, Martin MA, Rubio JC, Ablando P et al. Complex I defect in muscle from patients with Huntington‘s disease. Ann Neurol 1998; 43(3): 397– 400.

25. Yano H, Baranov SV, Baranova OV, Kim J, Pan Y, Yablonska S et al. Inhibition of mitochondrial protein import by mutant huntingtin. Nat Neurosci 2014; 17(6): 822– 831. doi: 10.1038/ nn.3721.

26. Wang JQ, Chen Q, Wang X, Wang QC, Wang Y, Cheng HP et al. Dysregulation of mitochondrial calcium signaling and superoxide flashes cause mitochondrial genomic DNA damage in Huntington‘s disease. J Biol Chem 2013; 288(5): 3070– 3084. doi: 10.1074/ jbc.M112.407726.

27. Baxa M, Hruska-Plochan M, Juhas S, Vodicka P, Pavlok A, Juhasova J et al. A transgenic minipig model of Huntington‘s Disease. J Huntingtons Dis 2013; 2(1): 47–68.