Investigation of the potential of post-translational modifications as biomarkers and therapeutic targets for amyotrophic lateral sclerosis disease

Abstract

Amyotrofik lateral skleroz (ALS), beyin sapı, korteks ve omurilik bölgelerindeki motor nöronlara zarar vererek üst ve alt motor nöronları etkileyen ölümcül nörodejeneratif bir hastalıktır. ALS, felce yol açan atrofi sonrası ağrısız ve ilerleyici kas güçsüzlüğü ve solunum yetmezliği nedeniyle ölümle sonuçlanır. Bir dizi genetik ve moleküler patolojik çalışmada ALS hakkında artan bir bilgi birikimine rağmen, çok sayıda ALS vakasının sebebi hala bilinmemektedir. Çeşitli sistemleri etkileyen bir hastalık olarak tanımlanan ALS'nin çeşitli faktörlerden kaynaklandığına inanılmaktadır. ALS tanısı hastanın öyküsü ve klinik bulguları ile konur. Bu tanı yöntemleri uzun zaman alabilir ve oldukça maliyetli olabilir. Bu nedenle, ALS için yeni biyobelirteçlerin tanımlanması teşhis için esastır. Son zamanlarda yapılan bazı çalışmalar, biyobelirteç olarak adlandırılan bir dizi proteinin post-translasyonel modifikasyonların, nörodejeneratif hastalıkların seyrinde etkili olabileceğini göstermiştir. Bu çalışmada, B6SJL-Tg (SOD1G93A)1Gur /J) ALS transgenic fare modeli merkezi sinir sistemindeki (MSS) proteinlerin, translasyon sonrası modifikasyonlarının, ubikuitinasyon ve Sumolasyon II/III, biyobelirteç potansiyelinin araştırılması amaçlanmıştır. In vivo bulguları in vitro modelle karşılaştırmak için NSC-34 hücreleri, nöral farklılaşmadan sonra SOD1G93A mutasyonunaa uğratıldı. 2D-PAGE ile protein profilleme sonucunda, 105 günlük transgenik fare beyinlerinden ve vahşi tip fare beyinlerinden alınan proteinler arasında belirli bir fark oluşturan protein lekeleri tespit edildi ve LC-MS/MS analizlerinin sonunda, bu proteinin Rho ilişkili GTP proteini (Rhob) olduğu saptanmıştır. In vivo ve in vitro modelden elde edilen proteinlerin translasyon sonrası modifikasyonları, Simple Wes yöntemiyle analiz edilmiş ve hedef protein göre belirlenen aralıkta ubiquitination ve sumoylation II/III modifikasyonlarına sahip olmadığı bulunmuştur.

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a neurodegenerative and fatal disease that affects upper and lower motor neurons with damage to the motor neurons in the cortex, brainstem, and spinal cord regions. ALS results in death due to painless and progressive muscle weakness and respiratory failure after progression to paralysis from atrophy. Although there is an increased knowledge about ALS generated in a series of genetic and molecular pathological researches, the aetiology of many ALS cases is still unknown. The diagnosis of ALS is established through a comprehensive evaluation of the patient's medical history and clinical symptoms. These diagnostic methods can take a long time and be quite costly. Thus, the discovery of new biomarkers for the diagnosis of ALS is needed. Some recent studies have shown that post-translational modifications in several proteins may be indicative as biomarkers in the course of neurodegenerative diseases. This study aimed to investigate the post-translational modifications, such as ubiquitination and sumoylation II/III, of the proteins in the central nervous system (CNS) of B6SJL-Tg (SOD1G93A)1Gur /J) transgenic mouse model of ALS, as candidate biomarkers for the diagnosis of ALS. To compare the in vivo findings with the in vitro model, NSC-34 cells were mutated into SOD1G93A after neural differentiation. Proteome profiling via the 2D-PAGE method showed that there was a significant difference between proteins from 105-day-old transgenic mouse brains and wild-type mouse brains. As a result of LC-MS/MS analysis, this protein was determined to be a Rho-related GTP protein (Rhob). Post-translational modifications of proteins obtained from the in vivo and in vitro models were analyzed by the Simple Wes method and were found to have no ubiquitination and sumoylation II/III modifications within the range determined according to the target protein.