Analiza histologiczna i bioinformatyczna kluczowych markerów oligodendrocytów w wybranych obszarach mózgu człowieka i psa

Abstract

Oligodendrocyty to najliczniej występujące komórki glejowe układu nerwowego. Główną ich funkcją jest ochrona neuronów, wsparcie metaboliczne komórek nerwowych, gromadzenie żelaza niezbędnego do procesów biochemicznych, zachodzących we wszystkich komórkach układu nerwowego i zapewnienie im osłony, niezbędnej dla prawidłowego przewodzenia impulsów w neuronach. W niniejszej pracy dokonano analizy morfometrycznej i morfologicznej oligodentrocytów w trzech obszarach mózgu człowieka i psa: hipokampie (hippocampus), płacie czołowym (lobus frontalis) i ciele modzelowatym (corpus callosum). W oparciu o standardowe i specjalne badania histologiczne dokonano analizy morfologicznej i morfometrycznej oligodendrocytów w wybranych obszarach mózgowia człowieka i psa. Uzyskane wyniki wskazują na brak istotnych różnic morfologicznych pomiędzy obydwoma gatunkami, potwierdzając, że sam proces mielinizacji jest zjawiskiem stabilnym ewolucyjnie w większości grup zwierząt kręgowych. Wyniki tej części pracy potwierdzają również, że pies może być naturalnym modelem chorób, związanych z uszkodzeniami oligodendrocytów. W drugiej części pracy podjęto się wyjaśnienia pochodzenia ewolucyjnego kluczowych dla funkcjonowania oligodendrocytów białek: MBP, MOG i FTH. Analizy wykonano typowymi metodami bioinformatycznymi – poprzez porównania filogenetyczne i modelowanie potencjalnych właściwości katalitycznych białek Uzyskane wyniki pozwalają postawić hipotezę, że różnorodne grupy ferrytyn, obserwowane u strunowców pochodzą od jednego, wspólnego białka. Wyniki przeprowadzonych analiz pozwoliły również zaproponować nową klasyfikację ferrytyn, opartą o ich potencjalne właściwości katalityczne i pochodzenie ewolucyjne. Dla białka MBP wyniki pozwalają postawić hipotezę, że powstało ono na skutek fuzji dwóch fragmentów odrębnych genów. W przypadku MOG nie potwierdzono hipotezy o jego potencjalnym pochodzeniu od jednego z białek z rodziny butyrofilin. Wyjaśniono również obserwacje, wskazujące na zróżnicowaną ekspresję tego białka w poszczególnych grupach ssaków – tylko w mózgu w wypadku człowieka i pozostałych naczelnych oraz w mózgu i narządach obwodowych u innych grup ssaków, w tym gryzoni. Czynnikiem odpowiedzialnym za te różnice są polimorfizmy sekwencji promotorów genu MOG u poszczególnych grup zwierząt.

Oligodendrocytes are the most abundant glial cells of the nervous system. Their main function is to protect neurons, provide metabolic support for nerve cells, accumulate iron necessary for biochemical processes occurring in all cells of the nervous system and provide them with a shield necessary for the proper conduction of impulses in neurons. In this study, a morphometric and morphological analysis of oligodentrocytes was made in three areas of the human and dog brain: the hippocampus, the frontal lobe (lobus frontalis) and the corpus callosum. Based on standard and special histological tests, morphological and morphometric analysis of oligodendrocytes was performed in selected areas of the human and dog brain. The obtained results indicate the lack of significant morphological differences between both species, confirming that the myelination process itself is an evolutionarily stable phenomenon in most groups of vertebrate animals. The results of this part of the study also confirm that the dog can be a natural model of diseases related to oligodendrocyte damage. The second part of the work attempts to explain the evolutionary origin of the key proteins for the functioning of oligodendrocytes: MBP, MOG and FTH. The analyzes were performed using typical bioinformatic methods - through phylogenetic comparisons and modeling of the potential catalytic properties of proteins The obtained results allow us to hypothesize that the various groups of ferritins observed in chordates originate from one common protein. The results of the analyzes also allowed us to propose a new classification of ferritins, based on their potential catalytic properties and evolutionary origin. For the MBP protein, the results allow us to hypothesize that it was created as a result of the fusion of two fragments of separate genes. In the case of MOG, the hypothesis of its potential origin from one of the proteins from the butyrophilin family has not been confirmed. Observations indicating differential expression of this protein in individual groups of mammals were also explained - only in the brain in the case of humans and other primates, and in the brain and peripheral organs in other groups of mammals, including rodents. The factor responsible for these differences are polymorphisms of the MOG gene promoter sequences in individual groups of animals.