Institutional creator:

Mossakowski Medical Research Institute Polish Academy of Sciences

Contributor:

Bużańska, Leonora (Supervisor) ; Stachowiak, Michał (Supervisor)

Place of publishing:

Warszawa

Degree name:

doctor

Level of degree:

2

Degree discipline :

medical sciences

Degree grantor:

Mossakowski Medical Research Institute Polish Academy of Sciences

Abstract:

Zapotrzebowanie energetyczne neuralnych komórek progenitorowych i różnicujących się neuronów podczas rozwoju mózgu jest bardzo wysokie, a mitochondria odgrywają kluczową rolę poprzez produkcję ATP, regulację szlaków metabolicznych, równowagi redoks i gospodarki wapniowej. Zaburzenia tych procesów wiążą się z chorobami neurorozwojowymi. FGFR1, działając poprzez szlaki błonowe i jądrowe, funkcjonuje jako panontogeniczny regulator indukcji neuronalnej, proliferacji progenitorów i specyfikacji budowy kory mózgu. Jądrowa forma nFGFR1 integruje sygnały rozwojowe poprzez wiązanie z koaktywatorami transkrypcji i bezpośrednio reguluje geny neurogenezy; obecność FGFR1 w mitochondriach sugeruje udział w dynamice mitochondrialnej, biogenezie i adaptacji bioenergetycznej. W celu zweryfikowania tej hipotezy, otrzymałem linię ludzkich indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych (hiPSC), hiPSCTet3G-FGFR1(SP-/NLS), z kasetą nFGFR1 zintegrowaną w bezpiecznym locus CLYBL pod promotorem indukowanym doksycykliną. Zastosowanie tej linii umożliwiło kontrolowaną nadekspresję nFGFR1, bez zaburzenia stabilności genomu. Komórki linii hiPSCTet3G-FGFR1(SP-/NLS) zróżnicowowano w hodowli in vitro do struktur 3D: kul zarodkowych (ang. embryoid bodies; EB), neuroepitelialnych komórek macierzystych (ang. neuroepithelial stem cells; NES) oraz organoidów kory mózgu (ang. human cortical organoids; hCO). Proteomika z użyciem tandemowych znaczników masowych (ang. tandem mass tag, TMT), przeprowadzona na 60-dniowych organoidach korowych, wykazała istotne remodelowanie proteomu po indukcji nFGFR1, oraz aktywację szlaków związanych z rozwojem neuronalnym, funkcją mitochondriów, translacją mitochondrialną, splicingiem RNA, replikacją DNA oraz autofagią. Indukcja nFGFR1 wpłynęła na zwiększenie ekspresji markerów głębokich warstw kory (TBR1, SLIT2, CUX1), białek mitochondrialnych (OXR1, TXN2, MRPL24, MRPS26), komponentów lizosomalno-autofagowych (GBA, GALC, CTSB) oraz enzymów glikolitycznych (PKM2, SLC16A3). Z drugiej strony stymulacja nFGFR1 spowodowała zahamowanie poziomu białek synaptycznych (BCL11B, SOX5, NCAM2, FOXG1, SYN2), podjednostek łańcucha transportu elektronów (NDUFA7, COX6C) oraz transportem lipidów (VPS13A, FABP5), co wskazuje na przesunięcie metabolizmu z fosforylacji oksydacyjnej na glikolizę i metabolizm glikolipidów. Wykazano, że nFGFR1 wpływa na regulację genomu jądrowego i mitochondrialnego podczas wczesnej neurogenezy. Indukcja nFGFR1 zmniejszała proliferację progenitorów (Ki67+), zwiększała rozmiar rozet neuronalnych i liczbę neuronów warstw głębokich (CTIP2+, TBR1+), obniżając liczbę komórek TBR2+ oraz hamując dojrzewanie synaptyczne (SYN2, SYP). Nadekspresja nFGFR1 wpłynęła na fragmentację mitochondriów i zmniejszenie złożoności sieci w warstwie korowej oraz elongację i zwiększenie złożoności sieci mitochondrialnych w strefie komorowej. nFGFR1 istotnie zwiększał mitofagię (mitoKeima, PINK1–Parkin, LC3B+), bez zmian ekspresji genów związanych z mitofagią. Nadekspresja nFGFR1 nie wpłynęła na aktywowacje biogenezy mitochondriów (PGC1α-EGFP, mtDNA), lecz zwiększał ekspresję MT-ATP6 oraz trendowo MT-ND2/ND5, z towarzyszącym wzrostem ATP, potencjału błony i ROS, bez aktywacji apoptozy. Analiza ChIP-seq (ang. chromatin immunoprecipitation sequencing) wykazała, że nFGFR1 wiąże się do promotorów genów kodowanych przez genom jądrowy jak i DNA mitochondrialnym (mtDNA), co wskazuje, żę nFGFR1 może kontrolować ekspresję genów mitochondrialnych poprzez oddziaływanie zarówno z genomem jądrowym, jak i mitochondrialnym. Podsumowując, nFGFR1 pełni podwójną rolę regulatora genomu, integrując sygnały rozwojowe i metaboliczne oraz koordynując neurogenezę, dynamikę progenitorów i jakość mitochondriów podczas wczesnej kortykogenezy.

Detailed Resource Type:

PhD Dissertations

Resource Identifier:

oai:rcin.org.pl:245694

Source:

IMDiK PAN, call. ZS 441 ; click here to follow the link

Language:

eng.

Rights:

Creative Commons Attribution BY 4.0 license

Terms of use:

Copyright-protected material. [CC BY 4.0] May be used within the scope specified in Creative Commons Attribution BY 4.0 license, full text available at: ; -

Digitizing institution:

Mossakowski Medical Research Institute PAS

Original in:

Library of the Mossakowski Medical Research Institute PAS

Access:

Open