Luận án Tiến sĩ: Rối loạn biểu hiện gen ở não bệnh nhân Rett và chuột Mecp2-null

Luận án: 2993 etd. Xem tóm tắt và tải về tại LuanAn.net

Trường ĐH

Oregon Health & Science University

Chuyên ngành

Cell and Developmental Biology

Tác giả

Luan An

Thể loại

Luận án tiến sĩ

Năm xuất bản

Số trang

146

Thời gian đọc

22 phút

Lượt xem

0

Lượt tải

0

Phí lưu trữ

40 Point

Tổng quan nhanh

Chủ đề:
1. Rett Syndrome: Gen biểu hiện & vai trò MeCP2
Số trang:
146 trang
Trường:
Oregon Health & Science University
Chuyên ngành:
Cell and Developmental Biology
Tác giả:
Năm:

Tóm tắt nội dung luận án

I. Rett Syndrome Gen biểu hiện vai trò MeCP2

Hội chứng Rett (RTT) là một rối loạn thần kinh phát triển nặng nề. Rối loạn này chủ yếu ảnh hưởng đến bé gái. RTT là một hội chứng di truyền trội liên kết X. Nó gây ra những suy yếu nghiêm trọng về nhận thức, vận động và giao tiếp. Các triệu chứng thường xuất hiện sau giai đoạn phát triển ban đầu bình thường. Người bệnh thường trải qua sự thoái triển khả năng đã đạt được. Nguyên nhân chính của RTT là đột biến trong gen MeCP2. Gen này mã hóa protein gắn methyl-CpG 2 (MeCP2). MeCP2 đóng vai trò quan trọng trong điều hòa biểu hiện gen. Nó ảnh hưởng đến chức năng và sự phát triển của não bộ. Nghiên cứu tập trung vào sự biểu hiện gen bị rối loạn trong não của bệnh nhân RTT. Nó cũng xem xét trên chuột thiếu MeCP2 (Mecp2-null mice). Hiểu rõ hơn về cơ chế bệnh sinh là cần thiết. Điều này mở ra tiềm năng cho các phương pháp điều trị mới.

1.1. Tổng quan về Hội chứng Rett

Hội chứng Rett được phân loại là một rối loạn thần kinh hiếm gặp. Bệnh ảnh hưởng đến khoảng 1 trong 10.000 bé gái. RTT gây ra các triệu chứng như mất khả năng sử dụng tay có mục đích, cử động tay lặp đi lặp lại. Đồng thời, có sự chậm phát triển ngôn ngữ và đi lại. Biểu hiện lâm sàng thay đổi theo từng bệnh nhân. Tuy nhiên, suy giảm chức năng não bộ là phổ biến. RTT là một trong những nguyên nhân hàng đầu gây thiểu năng trí tuệ ở nữ giới. Các nghiên cứu tiếp tục tìm hiểu về các yếu tố di truyền và môi trường liên quan.

1.2. MeCP2 Protein gắn methyl CpG

MeCP2 là một protein liên kết DNA. Nó gắn đặc hiệu với các vị trí DNA methyl hóa. Protein này có chức năng điều hòa phiên mã. Nó hoạt động như một chất ức chế phiên mã. MeCP2 tương tác với các phức hợp điều hòa chromatin. Việc này dẫn đến việc thay đổi cấu trúc chromatin. Các thay đổi này ảnh hưởng đến khả năng truy cập của bộ máy phiên mã vào gen. Vai trò của MeCP2 trong sự phát triển và chức năng của hệ thần kinh trung ương là rất quan trọng. Mức độ biểu hiện MeCP2 được điều hòa chặt chẽ trong não. Sự thiếu hụt hoặc rối loạn chức năng của MeCP2 có thể dẫn đến hậu quả nghiêm trọng.

1.3. Thần kinh bệnh học Rett MeCP2

Trong Hội chứng Rett, các đột biến ở gen MeCP2 gây ra sự mất chức năng của protein này. Điều này dẫn đến sự rối loạn biểu hiện của nhiều gen khác. Các gen bị ảnh hưởng liên quan đến sự phát triển thần kinh. Chúng bao gồm các gen liên quan đến tạo synap, trưởng thành tế bào thần kinh và dẫn truyền thần kinh. Sự rối loạn điều hòa gen này gây ra các triệu chứng thần kinh đặc trưng của RTT. Não của bệnh nhân RTT cho thấy các bất thường. Chúng bao gồm kích thước tế bào thần kinh nhỏ hơn và mật độ synap giảm. Hiểu rõ các cơ chế phân tử này là chìa khóa để phát triển các liệu pháp can thiệp.

II. Cơ chế biểu hiện gen DNA methylation MeCP2

Điều hòa biểu hiện gen là quá trình phức tạp. Nó quyết định gen nào được bật hay tắt. Methyl hóa DNA là một cơ chế biểu sinh quan trọng. Nó liên quan đến việc gắn nhóm methyl vào cytosine. Các vị trí CpG là nơi phổ biến cho sự methyl hóa này. Protein MeCP2 nhận diện các vị trí CpG methyl hóa. Sau đó, nó thực hiện các chức năng điều hòa gen. MeCP2 hoạt động như một chất ức chế phiên mã. Nó liên kết với DNA methyl hóa. Sự liên kết này thu hút các protein khác. Chúng bao gồm các histone deacetylase (HDACs). Các protein này làm thay đổi trạng thái chromatin. Điều này dẫn đến sự nén chặt chromatin. Từ đó, làm giảm khả năng phiên mã của gen. Quá trình này rất quan trọng cho sự phát triển bình thường của não bộ. Sự bất thường trong DNA methyl hóa và chức năng MeCP2 có thể gây ra bệnh lý thần kinh. Việc nghiên cứu sâu về các cơ chế này cung cấp cái nhìn sâu sắc về bệnh Rett. Nó cũng chỉ ra các mục tiêu tiềm năng cho điều trị.

2.1. Methyl hóa DNA Điều hòa gen

Methyl hóa DNA là một dấu ấn biểu sinh cơ bản. Nó là yếu tố quan trọng trong sự phát triển và biệt hóa tế bào. Trong hệ thần kinh, mẫu methyl hóa DNA rất động. Nó thay đổi theo sự phát triển và hoạt động thần kinh. Methyl hóa DNA có thể ức chế biểu hiện gen. Nó cũng có thể kích hoạt biểu hiện gen trong một số trường hợp. Các enzyme DNA methyltransferase (DNMTs) thực hiện quá trình này. Các enzyme này đóng vai trò thiết yếu trong việc duy trì và thiết lập các mẫu methyl hóa. Sự rối loạn của methyl hóa DNA có liên quan đến nhiều bệnh. Các bệnh này bao gồm ung thư và rối loạn thần kinh.

2.2. Chức năng MeCP2 trong điều hòa gen

MeCP2 không chỉ liên kết với DNA methyl hóa. Nó còn tương tác với nhiều protein điều hòa khác. Những tương tác này tạo thành phức hợp đa protein. Các phức hợp này kiểm soát việc đóng gói chromatin. Chúng cũng ảnh hưởng đến việc truy cập gen. MeCP2 có thể ức chế phiên mã trực tiếp. Nó cũng có thể điều hòa phiên mã một cách gián tiếp. Điều này thông qua việc thay đổi trạng thái chromatin. Chức năng này rất quan trọng cho sự ổn định hệ gen. Nó cũng cần thiết cho việc điều hòa biểu hiện gen đặc hiệu theo mô. Đặc biệt là trong các tế bào thần kinh. Sự thiếu hụt MeCP2 phá vỡ các con đường này. Điều đó dẫn đến sự rối loạn biểu hiện gen.

2.3. MeCP2 và bệnh lý não

Sự rối loạn chức năng của MeCP2 có tác động sâu sắc đến não. Các tế bào thần kinh đặc biệt nhạy cảm với sự thay đổi mức độ MeCP2. Mức độ MeCP2 thấp gây ra sự mất ổn định di truyền. Nó cũng dẫn đến sự biểu hiện bất thường của nhiều gen. Các gen này quan trọng cho sự hình thành synap và chức năng thần kinh. Các nghiên cứu trên chuột Mecp2-null cho thấy các dấu hiệu tương tự RTT. Chúng bao gồm các khiếm khuyết thần kinh và hành vi. Việc khôi phục chức năng MeCP2 có thể cải thiện các triệu chứng bệnh. Điều này cho thấy MeCP2 là mục tiêu điều trị đầy hứa hẹn cho các rối loạn thần kinh.

III. FXYD1 Gen đích MeCP2 biểu hiện bất thường não RTT

Một phát hiện quan trọng từ nghiên cứu này là sự xác định FXYD1. FXYD1 là một gen đích của MeCP2. Gen này cho thấy sự tăng biểu hiện trong não của bệnh nhân Rett Syndrome. Nó cũng tăng trong não của chuột thiếu MeCP2. FXYD1 thuộc về họ gen FXYD. Họ gen này mã hóa các protein điều hòa kênh ion. Các protein FXYD đóng vai trò quan trọng. Chúng điều chỉnh hoạt động của Na+,K+-ATPase. Đây là một bơm ion thiết yếu cho duy trì điện thế màng tế bào. Sự tăng biểu hiện FXYD1 gợi ý một cơ chế bệnh sinh mới. Nó liên quan đến sự mất điều hòa ion trong bệnh Rett. Việc hiểu rõ hơn về chức năng của FXYD1 trong não là cần thiết. Điều này có thể cung cấp mục tiêu cho các liệu pháp điều trị. Đây có thể là một biomarker tiềm năng cho RTT.

3.1. FXYD1 Một gen đích của MeCP2

Phân tích cho thấy MeCP2 liên kết trực tiếp với vùng promoter của gen FXYD1. Sự thiếu hụt MeCP2 dẫn đến sự tăng phiên mã của FXYD1. Điều này chứng minh FXYD1 là một gen đích bị ức chế bởi MeCP2. Việc xác định các gen đích này rất quan trọng. Nó giúp làm sáng tỏ mạng lưới điều hòa gen bị ảnh hưởng trong RTT. Các gen đích như FXYD1 có thể là cầu nối. Chúng liên kết đột biến MeCP2 với các biểu hiện lâm sàng của bệnh.

3.2. FXYD1 tăng biểu hiện trong não RTT

Kết quả nghiên cứu cho thấy mức độ mRNA và protein của FXYD1 tăng đáng kể. Sự tăng này được quan sát thấy trong các mẫu não từ bệnh nhân RTT. Nó cũng được tìm thấy trong mô hình chuột Mecp2-null. Sự tăng biểu hiện FXYD1 có thể gây ra sự mất cân bằng ion. Điều này ảnh hưởng đến chức năng thần kinh. Các thay đổi về biểu hiện gen này là đặc điểm của bệnh lý. Chúng có thể góp phần vào các triệu chứng thần kinh của RTT. Việc kiểm soát biểu hiện FXYD1 có thể là một chiến lược điều trị.

3.3. Gia đình gen FXYD chức năng

Họ gen FXYD bao gồm nhiều thành viên. Mỗi thành viên có vai trò đặc hiệu trong việc điều hòa các kênh ion. FXYD1 được biết là điều hòa hoạt động của Na+,K+-ATPase. Sự điều hòa này ảnh hưởng đến sự hưng phấn của tế bào thần kinh. Các thành viên khác trong họ FXYD cũng có vai trò quan trọng. Chúng tham gia vào các quá trình sinh lý khác nhau. Ví dụ như FXYD7, gen này cũng được nghiên cứu về biểu hiện. Việc hiểu toàn diện về họ gen FXYD cung cấp bối cảnh. Nó giúp giải thích tác động của sự rối loạn FXYD1 trong RTT.

IV. Gen neurogenesis bất thường SOX2 WIF1 RTT

Nghiên cứu cũng khám phá biểu hiện bất thường của các gen liên quan đến neurogenesis. Đặc biệt là SOX2 và WIF1. Sự biểu hiện của các gen này bị thay đổi trong não của bệnh nhân Rett Syndrome. Neurogenesis là quá trình hình thành tế bào thần kinh mới. Nó rất quan trọng cho sự phát triển và chức năng của não bộ. SOX2 là một yếu tố phiên mã. Nó đóng vai trò thiết yếu trong việc duy trì tế bào gốc thần kinh. WIF1 (Wnt inhibitory factor 1) là một yếu tố ức chế con đường Wnt. Con đường Wnt rất quan trọng cho sự phát triển thần kinh. Sự rối loạn biểu hiện của SOX2 và WIF1 gợi ý sự suy yếu neurogenesis. Điều này có thể góp phần vào bệnh lý thần kinh của RTT. Các phát hiện này mở ra hướng nghiên cứu mới. Chúng có thể xác định các cơ chế bệnh sinh bổ sung cho RTT. Mục tiêu là để tìm kiếm các mục tiêu can thiệp điều trị.

4.1. SOX2 WIF1 Liên quan neurogenesis

SOX2 là một gen chủ chốt trong sự phát triển phôi thai. Nó duy trì tính đa năng của tế bào gốc. Trong não trưởng thành, SOX2 tham gia vào neurogenesis. Nó điều hòa sự tự đổi mới và biệt hóa của tế bào gốc thần kinh. WIF1 là một protein ngoại bào. Nó liên kết và ức chế các ligand Wnt. Con đường truyền tín hiệu Wnt rất quan trọng. Nó điều hòa sự tăng sinh, di chuyển và biệt hóa của tế bào thần kinh. Sự rối loạn của SOX2 và WIF1 có thể làm suy giảm nghiêm trọng neurogenesis.

4.2. Biểu hiện gen bất thường SOX2 WIF1

Các phân tích cho thấy sự thay đổi đáng kể trong mức độ biểu hiện SOX2 và WIF1. Các thay đổi này được quan sát thấy trong mô não của bệnh nhân RTT. Sự biểu hiện bất thường này có thể gây ra sự suy giảm hình thành tế bào thần kinh mới. Nó cũng có thể ảnh hưởng đến sự tích hợp của chúng vào mạng lưới thần kinh. Điều này góp phần vào các khiếm khuyết chức năng. Việc định lượng chính xác sự thay đổi này cung cấp bằng chứng. Nó cho thấy sự liên quan của neurogenesis trong bệnh lý RTT.

4.3. Ý nghĩa cho bệnh lý Rett

Sự suy giảm neurogenesis và các con đường phát triển thần kinh là một đặc điểm của RTT. Phát hiện về SOX2 và WIF1 cung cấp thêm bằng chứng. Nó hỗ trợ vai trò của các gen này trong bệnh lý. Việc nhắm mục tiêu vào các con đường này có thể mang lại lợi ích. Nó có thể giúp cải thiện chức năng thần kinh ở bệnh nhân RTT. Nghiên cứu sâu hơn về cách MeCP2 điều hòa các gen này là cần thiết. Điều này sẽ giúp hiểu rõ hơn về mạng lưới gen phức tạp bị ảnh hưởng trong bệnh.

V. Ý nghĩa nghiên cứu Mecp2 RTT hướng đi tương lai

Nghiên cứu này đã làm sáng tỏ cơ chế phân tử của Hội chứng Rett. Nó nhấn mạnh vai trò trung tâm của protein MeCP2. Việc xác định các gen bị rối loạn biểu hiện như FXYD1, SOX2 và WIF1 cung cấp cái nhìn sâu sắc. Nó giúp hiểu rõ hơn về bệnh sinh của RTT. Các phát hiện này mở ra cánh cửa cho việc phát triển các chiến lược điều trị mới. Nó cũng giúp tìm kiếm các biomarker tiềm năng. Việc hiểu rõ hơn về cách MeCP2 điều hòa mạng lưới gen phức tạp này là rất quan trọng. Điều này có thể dẫn đến các phương pháp can thiệp nhắm mục tiêu. Các liệu pháp này có thể cải thiện chất lượng cuộc sống cho bệnh nhân RTT. Hướng đi tương lai bao gồm việc xác nhận các gen đích. Nó cũng bao gồm việc khám phá các con đường bệnh lý khác. Mục tiêu cuối cùng là chuyển các phát hiện khoa học thành các ứng dụng lâm sàng.

5.1. Kết luận chính về MeCP2 RTT

Luận án này đã chứng minh vai trò quan trọng của MeCP2. Nó là một yếu tố điều hòa biểu hiện gen trong não. Sự mất chức năng của MeCP2 dẫn đến sự rối loạn biểu hiện của nhiều gen. Các gen này có liên quan đến chức năng và sự phát triển thần kinh. Đặc biệt, FXYD1 được xác định là một gen đích bị điều hòa bởi MeCP2. Sự tăng biểu hiện của FXYD1 là một đặc điểm nổi bật. Các gen neurogenesis như SOX2 và WIF1 cũng cho thấy sự biểu hiện bất thường. Các kết quả này củng cố sự hiểu biết về bệnh lý phân tử của RTT.

5.2. Hàm ý cho bệnh lý thần kinh

Các phát hiện có ý nghĩa rộng lớn hơn cho bệnh lý thần kinh. Việc xác định các gen bị rối loạn trong RTT có thể chỉ ra các con đường bệnh lý chung. Các con đường này có thể liên quan đến các rối loạn phát triển thần kinh khác. Sự mất điều hòa của các gen điều hòa kênh ion (FXYD1) hoặc các gen neurogenesis (SOX2, WIF1) có thể là cơ chế chung. Điều này có thể gây ra các vấn đề về chức năng não. Việc nghiên cứu sâu hơn về các gen này có thể cung cấp các mục tiêu điều trị chung.

5.3. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào việc xác nhận chức năng của FXYD1. Cần khám phá cơ chế cụ thể của nó trong bệnh sinh RTT. Việc tìm hiểu cách FXYD1, SOX2, WIF1 tương tác. Chúng có thể hình thành mạng lưới điều hòa gen trong não. Điều này là cần thiết. Phát triển các mô hình thí nghiệm tiên tiến. Các mô hình này sẽ giúp nghiên cứu tác động của việc điều hòa lại các gen này. Mục tiêu là để đảo ngược các triệu chứng bệnh. Việc này có thể mở ra con đường cho các liệu pháp gen hoặc dược phẩm được cá nhân hóa.

Xem trước tài liệu
Tải đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
2993 etd

Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung

Tải đầy đủ (146 trang)

Trích đoạn nội dung luận án

Tải xuống để đọc toàn bộ

School ofMedicine Oregon Health & Science University CERTIFICATE OF APPROVAL This is certify that the Ph. dissertation of Vivianne Wei Deng has been approved Mentor/Advtsor <.! ember Member Deregulated Gene Expression in the Brain of Rett Syndrome Patients and Mecp2-null Mice by Vivianne Wei @eng A DISSERTATION Presented to the Department of Cell and Developmental Biology and the Oregon Health & Science University School of Medicine In partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy May 2005 TABLE OF CONTENTS Acknowledgements. vi CHAPTER ONE Introduction Rett Syndrome and Epigenetic Gene Regulation Mediated by Methyl-CpG Binding Protein 2 (MeCP2). 1 Overview ofRett Syndrome.

2 DNA Methylation and MeCP2-mediated Epigenetic Gene Regulation. 6 Toward Understanding the Role ofMeCP2 in the Brain and the Neuropathology ofRTT .11 FXYD 1 and the FXYD Gene Family. 16 General Hypothesis and Specific Aims. 21 CHAPTER TWO FXYDJ is a MeCP2-target Gene Overexpressed in the Brain ofRett Syndrome Patients and Mecp2-null Mice.

28 Materials and Methods. 49 Figures and Tables. 55 CHAPTER THREE Conclusions and Future Directions. 106 Appendix Chapter 1: FXYDJ and FXYD7 Gene Expression Are Developmentally and Differentially Regulated in the Cortex and Hypothalamus of Rodents.

107 Materials and Methods. 112 1 Appendix Chapter II: Abnormal Expression of Genes Involved in Neurogenesis (SOX2 and WIFJ) in the Brain ofRett Syndrome Patients. 120 Materials and Methods. 128 11 ACKNOWLEDGEMENTS I love science.

Following my passion for science, I crossed the Pacific Ocean from Hong Kong and came to OHSU to pursue my Ph. Over the past six and a half years of my graduate career here at OHSU, there have been many ups and downs, challenges as well as unexpected turning points. Throughout all of these, there have been many people who have been uplifting and have contributed to both my academic and personal growth in their own unique ways. I feel blessed and grateful for having these wonderful people and experiences in this chapter of my life.

My first thanks goes to my advisor, Dr. Sergio Ojeda, for giving me the great opportunity to work on this project and for supporting me through these years of work on this project. I am deeply indebted to every member on my thesis advisory committee (TAC), Drs. Richard Maurer, Charles Roberts and Klaus Freuh, for their valuable scientific advice, productive discussion, time, effort and cooperation, especially when commuting between the two OHSU campuses to every TAC meeting was challenging.

Without their support, I couldn't have gone this far to get where I am standing now. I'd also like to extend my special thanks to our collaborator, Dr. Matthew Frerking, for his sage advice, inputs, and stimulating discussion, and also for the tremendous amount of time and effort as well as the excellent expertise that he contributed to the electrophysiological study of this project. I'd like to thank Dr.

Sudge Budden for bringing this 111 wonderful project onto the lab bench and for sharing her passion for research on Rett syndrome. I'd also like to thank Northwest Rett Syndrome Foundation for allowing me the chance to attend their annual meetings and to interact with many families and girls affected with RTT. It was those experiences that ultimately evoked strong passion and drive within me that gave this project a meaning much deeper than that of a Ph. I'm grateful to have worked with every member of the Ojeda lab and thank you for your friendship and support over these past five years.

My never-ending appreciation goes to my parents, who, as compassionate physicians, imparted to me and fostered my strong interest in life science and human diseases during my early childhood; and whose unconditional love nurtured a deep sense of security within me that has always empowered me to explore and to pursue my dreams. Thank you, my dear mother and father, for your endless love, support, understanding and sacrifice! I'd also like to thank my dearest older sister for her love, patience, courage and sharing of perspectives in every aspect of life, even though we are apart from each other for all these years. Finally I'd like to thank all those people who have left special and beautiful footprints in my life while I was working on this Ph. Thank you, Bin and Dennis, for sharing those special experiences that have deepened my perception and eventually let me grow stronger as a whole person.

Thank you, all my dear friends-- See-yan and Luk, Jasper, Wei, Jenny, Matthew and many others, for lV your love and encouragement, for your precious friendship, and for your continuing support. Thank you, Anuji, my fellow graduate student and dear friend, for your valuable inputs, critiques as well as kind help and support, especially during the final phase of the dissertation preparation on those winter days when the weather was relentlessly cold and snowy and you had to walk home on foot. Once again, I thank everyone who has impacted and helped shape my life greatly. Without you, I could not have become who I am now.

v ABSTRACT Found almost exclusively in young females, Rett syndrome (RTT) is a progressive X chromosome-linked neurodevelopmental disorder characterized by loss of acquired psychomotor abilities, decelerated head growth, mental retardation, stereotyped hand movements, autism, and seizure. Girls affected with RTT usually present a dynamic age-dependent clinical course with an abrupt onset of symptomatic manifestation after 6-18 months of seemingly normal development. Mutations in the MECP2 gene, encoding methyi-CpG-binding protein 2 (MeCP2), are responsible for a majority of RTT cases. MeCP2 acts as a transcriptional repressor that interprets DNA methylation signals in the mammalian genome by binding to methylated DNA, and subsequently induces gene silencing via chromatin remodeling by recruitment of Sin3A-histone deacetylases (HDAC1/2) corepressor complex.

Gene silencing, mediated by DNA methylation, represents an important epigenetic mechanism and is essential for many biological processes during normal development in vertebrates. The MeCP2 protein is most abundantly expressed in mature neurons of the mammalian central nervous system (CNS) and is thought to play a role in maintenance and modulation of neuronal maturity and plasticity. The precise Vl function of MeCP2 in the brain and the mechanism by which MeCP2 mutations cause RTT currently remain elusive. Given the molecular nature of MeCP2, it is predicted that loss of MeCP2 function may lead to widespread aberrant gene expression in the CNS.

Identification of the neuronal targets of MeCP2 will not only advance our current knowledge about the role of MeCP2 in neuronal functioning, but will also shed light on the neuropathology of RTT. In this thesis study, using Affymetrix GeneChip oligonucleotide arrays, we compared gene expression profiles of postmortem brain tissues from RTT patients with their age- matched control subjects. We found that the gene expression level of FXYD1 was abnormally elevated in the frontal cortex of RTT patients. We further detected that the FXYD1 gene was also selectively overexpressed in the frontal cortex of Mecp2-null mice, a mouse model of RTT.

The FXYD1 gene encodes a small, single-span membrane protein, namely FXYD domain-containing ion transport regulator 1 (FXYD1) or phospholemman (PLM), which regulates cell excitability via modulation of tissue- specific Na+,K+-ATPase activity. Here, we demonstrated that the FXDY1 gene harbored multiple methylated CpG sites in its promoter regions, and that MeCP2 was physically associated with the native FXYD1 promoters in both human cell culture and mouse brain tissues. These results suggested that the FXYD1 gene was subjected to DNA methylation-dependent epigenetic transcription repression mediated by MeCP2. We further evaluated functional consequences of FXYD1 overexpression by electrophysiological studies.

The data revealed that Na+,K+- Vll ATPase-dependent currents were reduced in cortical neurons of Mecp2-null mice, possibly attributable to FXYD1 overexpression. Taken together, results presented in this thesis have suggested for the first time that FXYD1 is a bona fide MeCP2-target gene, whose selective derepression in the frontal cortex due to MeCP2 deficiency may contribute to the neuropathogenesis of RTT by altering neuronal Na+, K+ ATPase activity. This finding will potentially provide a new line of investigation for designing therapeutic strategies and agents to treat this debilitating childhood disorder. Keywords: Rett syndrome (RTT), DNA methylation, MeCP2, FXYD1, Gene expression, Transcription repression, Affymetrix GeneChip arrays, Frontal cortex, Na+, K+-ATPase, Mecp2-null mouse.

Vlll Vivianne Deng CHAPTER ONE INTRODUCTION Rett Syndrome and Epigenetic Gene Regulation Mediated by Methyi-CpG Binding Protein 2 (MeCP2) Vivianne W. Deng 1 Vivianne Deng Overview of Rett Syndrome Clinical Characteristics: Rett syndrome (RTT, OMIM #312750) is a severe X-linked neurodevelopmental disorder that predominantly affects young females with a prevalence of about 1:10,000-15,000 worldwide 1-3. It is characterized by an abrupt arrest and deterioration of brain development that becomes symptomatically evident after the first 6-18 months of seemingly normal postnatal growth 4. The disease subsequently leads to a variety of neurological abnormalities, including "acquired" microcephaly, impaired language development, loss of voluntary movement, stereotypical hand wringing, mental 4 retardation, irregular breathing, autism, hypotonia, ataxia, apraxia, and seizure · 5.

Born apparently normal, affected individuals soon lose their ability to stand, walk, talk and use their hands. Surpassed only by Down syndrome, RTT is the second leading cause of mental retardation in females 6. The course of the disease is irreversible, and the disease is incurable at the present time. Although young girls with RTT can generally live into their adulthood, the mortality rate is 1.2% per year, with about 25% of these deaths reported as sudden and unexplained 7.

It has been speculated that breathing dysfunction and cardiac abnormalities may account for these incidents of sudden death 8. Neuropathology: Due to the neurological regressive features presented in RTT, the syndrome was initially thought to be a neurodegenerative disease. It is not until 2 Vivianne Deng recently that evidence from neuropathologic studies has supported RTT as being a disorder of arrested neuronal development 9. Although the gross brain anatomy reveals only subtle and nonspecific abnormalities, the brain size of individual with RTT is about 30% smaller than normal at any given age 9"11.

Further studies using neuroimaging and postmortem brain weight have indicated that the 10 12 caudate nucleus and frontal cortex display the largest reduction in volume · , 11 suggesting a selective decrease in the size of certain brain areas. Impaired neuronal development has also been implicated by the observation that the dendrites of pyramidal neurons in the frontal and motor cortex were markedly 13 14 shortened and had much less complexity •. In fact, the results from three- dimensional confocal microscopy studies confirmed these findings and further detected a reduction in the number of dendritic spines 15. Finally, while neuronal migration in RTT brains seemed normal, neurons in the areas of cerebral cortex, basal ganglia, thalamus, hippocampus, amygdala, and substantia nigra showed smaller soma and were more densely packed than in control subjects 16.

The mechanisms underlying the neuropathology of RTT are currently unknown, however, the dendritic alterations demonstrated in the above studies suggest that a disrupted synaptic development is involved, and may be associated with the reduced levels of a number of molecules, such as microtubule-associated protein 2 (MAP2, an important cytoskeletal component of neuronal dendrites), substance P (a neuropeptide that stimulates neurite extension in cultured neuroblastoma cells), and prostaglandin endoperoxide H synthase-2 (PGHS-2, the rate-limiting enzyme in prostanoid biosynthesis that localizes to dendritic spines and marks 3 Vivianne Deng mature neurons) 17-19. And yet, whether or not there is a causative relationship between changes in synaptic connectivity and the levels of these molecules remains to be determined by in-depth studies in the future. MECP2 as a RTT-responsible Gene and Mecp2-null Mouse as a Rodent Model forRTT: Even though the almost exclusive involvement of females is best explained by X-linked dominant inheritance with lethality in the hemizygous males 4 , the molecular genetics underlying the pathology of RTT had been an enigma for several decades since the first description of the syndrome in1966 by Andreas Rett 20 , a Viennese physician.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Trích dẫn luận án này

Vivianne Wei Deng (2005). Rối loạn biểu hiện gen ở não bệnh nhân Rett [Luận án tiến sĩ, Oregon Health & Science University]. LuanAn.net. https://luanan.net/giao-duc-hoc/tam-ly-hoc-giao-duc/2993-etd

Câu hỏi thường gặp

Luận án "Rối loạn biểu hiện gen ở não bệnh nhân Rett" nghiên cứu về vấn đề gì?

Luận án: 2993 etd. Xem tóm tắt và tải về tại LuanAn.net

Luận án "Rối loạn biểu hiện gen ở não bệnh nhân Rett" được bảo vệ tại trường nào?

Luận án này được bảo vệ tại Oregon Health & Science University. Năm bảo vệ: 2005.

Luận án "Rối loạn biểu hiện gen ở não bệnh nhân Rett" thuộc chuyên ngành gì?

Luận án "Rối loạn biểu hiện gen ở não bệnh nhân Rett" thuộc chuyên ngành Cell and Developmental Biology. Danh mục: Tâm Lý Học Giáo Dục.

Luận án "Rối loạn biểu hiện gen ở não bệnh nhân Rett" có bao nhiêu trang?

Luận án "Rối loạn biểu hiện gen ở não bệnh nhân Rett" có 146 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.

Cách tải luận án "Rối loạn biểu hiện gen ở não bệnh nhân Rett" về máy như thế nào?

Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.

Luận án liên quan

Chia sẻ tài liệu: Facebook Twitter