Serebral kavernoz malformasyon oluşumunda PDCD10 geninin rolü

Abstract

Serebral kavernoz malformasyonlar (SKM), merkezi sinir sisteminde görülen normal beyin parankiması olmaksızın endotelyum ile kaplı vasküler kanallardan meydana gelen, vasküler malformasyonlardan biridir. Şimdiye kadar, SKM'larda üç CCM lokusu tanımlanmıştır; bunlar CCM1, CCM2 ve CCM3 olarak adlandırılmıştır. Programlı hücre ölüm geni olarak bilinen PDCD10 genindeki mutasyonlar, otozomal dominant olan serebral kavernoz malformasyon 3 (CCM3)'e sebep olmaktadır. Hastalığın patogenezinde bu genin fonksiyonu hakkında çok az bilgiye sahip olmamıza rağmen son yıllarda CCM3 olarak bilinen PDCD10'un, MSS'nin vasküler modellenmesinde apoptotik etkiyi arttırdığı hipotezi yaygındır. Bizde, bu hipotezi test etmek amacıyla, CCM3'e has poliklonal antikorlar kullanarak insan serebral ve ekstraserebral organlarında CCM3 ekspresyonunu immunohistokimya metodunu kullanarak belirlemeye çalıştık. Ayrıca, CCM3 ekspresyonu immunofloresan metodu kullanılarak farelerde de değerlendirildi. Sonrasında, CCM3 ekspresyonunu mRNA düzeyinde de değerlendirmek için prenatal ve postnatal günlerde fare beyinlerine in situ hibridizasyon metodu uygulandıBu çalışma CCM3 ekspresyonunun sinir sisteminde ve çeşitli ekstraserebral organların arteriyel vasküler endotelyumunda bulunduğunu göstermektedir. Sonuçlar, CCM1 ve CCM2 için daha önce bulunan bulgular ile paralellik göstermekteydi ve buna göre, CCM3/PDCD10 proteini yoğun olarak arteriyel endotelyumda ekspre olurken venöz endotelyumda nadir olarak zayıf bir reaksiyona rastlanmaktaydı. Bulgularımız, PDCD10/CCM3'ün beyin dahil birçok organda nörovasküler ve vasküler yapılarda özellikle arteriyel endotelyumda bulunan bir protein olduğunu göstermektedir.Fetal döneme ait fare beyinlerinde CCM3 mRNA'sı ventriküler, subventriküler ve ara zonlarda, kortikal plakda ve gelişen septum, striatum, orta beyin, pons, serebellum ve medullada görüldü. Postnatal dönemde ise, CCM3/PDCD10 ekspresyonunu koku soğanı, neokorteks, striatum, septal nukleuslar, hipokampus, dentat gyrus, talamik ve hipotalamik çekirdekler, inferior kollikulus, purkinje hücreleri, granüler hücre tabakası ve serebellumun derin nukleusları ile medullanın birçok nukleusunda gözlemledik.Genin apoptotik etkisini araştırabilmek amacıyla genin klonlandığı hücre hatlarında TUNEL ekspresyonunun arttığı gözlendi. Sonucu doğrulamak için yapılan DAPI işaretlemesi de hücrelerde apoptoz oranının artmış olduğunu göstermekteydi.Bulgularımız literatür bilgileriyle değerlendirildiğinde, CCM3'ün apoptozu ve hücre migrasyonunu uyararak, fetal ve postnatal hayat boyunca endotelyal hücre davranışlarını yönlendirdiği, CCM1 ve CCM2 ile birlikte öncelikle nörovasküler anjiyogenez olmak üzere ekstraserebral alanlarda vasküler yapı ve fonksiyonların düzenlenmesinde önemli roller oynadığı söylenebilir.Anahtar Kelimeler: PDCD10, serebral kavernoz malformasyon, apoptoz, nörovasküler birim.

Cerebral cavernous malformation (CCM) is one of the vascular malformations observed in the central nervous system consisting of endothelium-lined vascular channels without intervening normal brain parenchyma. So far, three CCM loci have been mapped as Ccm1, Ccm2, Ccm3 genes in CCM. Mutations in the programmed cell death 10 gene, PDCD10, cause the autosomal-dominant familial cerebral cavernous malformation 3 (CCM3). Little is known about the function of this gene in disease pathogenesis. The recent identification of PDCD10 as the gene mutated in CCM3 led us to hypothesize that CCM3 lesions might be due to derailed apoptosis which is important in CNS vascular remodelling. To test this hypothesis, first, we generated and characterized CCM3-specific polyclonal antibodies and analyzed CCM3 protein expression in human cerebral and solid organ (extra-cerebral) tissues using immunohistochemistry. Moreover, we reported CCM3 expression in mice by using immunoflourescence staining. Afterwards, we analyzed the messenger ribonucleic acid (mRNA) expression of CCM3 in the prenatal and postnatal mouse brain by in situ hybridization.This study shows the expression of CCM3 in arterial vascular endothelium in various human organs and nervous system. CCM3/PDCD10 protein is strongly expressed in arterial endothelium but not or barely detectable in venous endothelium of extra-cerebral tissues. The expression pattern of CCM3/PDCD10 in multiple organ systems displays similarities to CCM1 and CCM2. As a result of this, PDCD10/CCM3 is highly expressed in the neurovascular unit and in the arterial endothelium of multiple organ systems, including the brain.In embryonic mouse brain, Ccm3 mRNA was observed in the ventricular, subventricular, intermediate zones, the cortical plate, the developing septum, striatum, midbrain, pons, cerebellum, and medulla. In the postnatal mouse brain, we detected Ccm3/PDCD10 expression in the olfactory bulb, neocortex, striatum, septal nuclei, hippocampus, dentate gyrus, thalamic and hypothalamic nuclei, inferior colliculus, Purkinje, granule cell layers , deep nuclei of the cerebellum, in many cells and nuclei of the medulla.In order to investigate the apoptotic effects of the gene we used a cloning protocol and also, investigated the expression of CCM3. After cloning of the PDCD10 in cell lines we showed that it increases levels of TUNEL expression and also confirmed by DAPI labelling in the nuclei of the cell lines.These results demonstrate that Ccm3 plays an active role in neurovascular angiogenesis by inducing endothelial cell migration throughout postnatal life and also induces the apoptotic process. In conclusion, we suggest that CCM lesions may occur as a consequence of aberrant apoptosis, potentially altering the balance between the endothelium and neural cells within the neurovascular unit.Keywords: PDCD10, cerebral cavernous malformation, CCM, apoptosis, neurovascular unit