Unravel the functions of Acbd5 through the generation and characterization of mouse mutants

Abstract

Lipids are the major class of macromolecules present in the brain, so mutations in proteins that are somehow related with lipid metabolism may cause several disorders in the nervous system. Peroxisome is one vital organelle in lipid metabolism, catalyzing anabolic and catabolic processes, such as fatty acid oxidation and plasmalogen biosynthesis, crucial for myelination. Acyl-CoA binding domain 5 (ACBD5) is a peroxisomal membranar protein implicated in the internalization of very long chain fatty acids (VLCFA) into the peroxisome. Mutations in ACBD5 can lead to VLCFA accumulation and decreased levels of plasmalogens, leading to neurological pathologies, such as retinal dystrophy, leukodystrophy and spastic paraparesis in humans. Mouse models conjugated with CRISPR-Cas9 technique were used to obtain several mutant mice with unique defects in Acba 5. Our objective was focused in the understanding of how ACBD5 deficiencies impact tissue pathology and the underlying mechanism, applying some strategies, such as, immunofluorescence, transmission electron microscopy and western blots. The Gly357* mutant developed a spinocerebellar ataxia, and displayed phenotypic irregularities, such as, failure to thrive, kyphosis, tremors, hindlimb and forelimb clasping and coordination problems. At a pathological level, several abnormalities appear in different tissues: lipid accumulation in liver, Purkinje cell (PC) loss in the cerebellum and giant axonopathy and signs of hypomyelination in spinal cord with organelle accumulations and disorganized cytoskeleton within the axon. Western blot analysis was performed for myelin proteins, which seemed to be decreased in spinal cord and also for tubulin post-translational modifications like acetylation and for A2-tubulin, that were significantly increased and decreased, respectively. Despite these findings, more research need to be performed preferentially at molecular level to unravel the mechanisms behind such a pathofisiology, making possible the discovery of a therapeutic pathway.

Os lípidos constituem a maior classe de macromoléculas no cérebro, por isso, mutações que ocorram em proteínas que estejam de certa forma envolvidas com o metabolismo lipídico podem ser causadoras de várias patologias relacionadas com o sistema nervoso. O peroxissoma é um organelo vital para o metabolismo lipídico, tendo tanto processos anabólicos como catabólicos, como a oxidação de ácidos gordos e a biossíntese de plasmalogénios, cruciais para a mielinização. "Acyl-CoA binding domain 5" (ACBD5) é uma proteína peroxissomal transmembranar implicada na internalização dos ácidos gordos de cadeia muito longa para dentro do peroxissoma. Mutações no gene ACBD5 podem levar a acumulações de ácidos gordos de cadeia muito longa e a diminuições nos níveis de plasmalogénios, provocando patologias a nível neurológico, como distrofia da retina, leucodistrofia e paraparésia espástica em humanos. Modelos animais em murganhos, conjugados com a técnica de CRISPR-Cas9 foram usados para obter os primeiros ratinhos mutantes com defeitos únicos no gene Acba5. O nosso objetivo esteve focado na compreensão de como deficiências na ACBD5 têm impacto na patologia dos tecidos e os seus mecanismos subjacentes. O mutante Gly357* desenvolve uma ataxia espinocerebelar, a qual apresenta irregularidades fenotípicas, como a incapacidade de ganhar peso, cifose, tremores, e problemas de coordenação motora. Ao nível patológico várias alterações são evidentes em diferentes tecidos: a acumulação lipídica no fígado, perda de células Purkinje no cerebelo e uma grande axonopatia e sinais de hipomielinização na espinhal medula, com acumulação de organelos e desorganização do citoesqueleto no interior do axónio. Foi também observada um astrocitose generalizada no cérebro, espinhal medula e cerebelo. Também foram realizados "western blots" para proteínas da mielina, as quais parecem estar reduzidas na espinhal medula e também para modificações pós-traducionais da tubulina como acetilação e tubulina A2, que estavam aumentadas e diminuidas, respetivamente. Apesar destas descobertas, mais pesquisa precisa de ser feita, preferencialmente a nível molecular, de forma a desvendar quais os mecanismos por detrás desta patofisiologia, possibilitando a descoberta de uma via terapêutica.