野生型とガルトノックアウトゼブラフィッシュにおける開発全体のヌクレオチド糖プロファイル

Nucleotide sugar profiles throughout development in wildtype and galt knockout zebrafish.

• Minela Haskovic
• Ana I Coelho
• Martijn Lindhout
• Fokje Zijlstra
• Raisa Veizaj
• Rein Vos
• Jo M Vanoevelen
• Jörgen Bierau
• Dirk J Lefeber
• M Estela Rubio-Gozalbo

抄録

ヌクレオチド糖（NS）は生命の基本的な分子であり、糖化反応やシグナル伝達に重要な役割を果たしています。NSの合成にはいくつかの経路が関与している。ガラクトース代謝の主要経路であるリロワール経路は、ウリジン二リン酸（UDP）グルコースおよびUDP-ガラクトースの産生に極めて重要である。この経路に影響を与える最も一般的な代謝性疾患は、生涯ガラクトース制限食にもかかわらず、しばしば慢性的に衰弱する合併症をもたらすガラクトース-1-リン酸ウリジニル転移酵素（GALT）欠乏症である。ガラクトシル化異常につながるUDP-糖のレベルの変化は、主要な病原因子として仮説が立てられてきました。しかし、患者の細胞株で測定されたUDP-糖レベルは、矛盾した結果を示している。影響を受ける可能性のある他のNS、発生を通しての違い、および組織特異的なプロファイルは調査されていません。最近確立された UHPLC-MS/MS 技術を用いて、野生型および galt ノックアウトゼブラフィッシュ（Danio rerio）の完全な NS プロファイルを研究した。野生型ゼブラフィッシュの4つの発生段階におけるUDP-ヘキソース、UDP-ヘキソサミン、CMP-シアリン酸、GDP-フコース、UDP-グルクロン酸、UDP-キシロース、CDP-リビトール、ADP-リボースの各プロファイルを解析したところ、発生過程におけるNSレベルのばらつきと組織間の違いが明らかになりました。具体的には、脳ではCMP-N-アセチルノイラミン酸、GDP-フコース、UDP-グルクロン酸、UDP-キシロースが、生殖腺ではCMP-N-グリコールノイラミン酸が高レベルであることがわかった。galtノックアウトゼブラフィッシュのNSプロファイルを解析したところ、野生型との有意差は認められなかった。ガルトノックアウトゼブラフィッシュにおける我々の知見は、たとえガラクトースで挑戦した場合でも、試験した条件の下で、GALT欠乏の主要な病原因子としてUDP-グルコースまたはUDP-ガラクトースの異常のための役割をサポートしていません。

Nucleotide sugars (NS) are fundamental molecules in life and play a key role in glycosylation reactions and signal conduction. Several pathways are involved in the synthesis of NS. The Leloir pathway, the main pathway for galactose metabolism, is crucial for production of uridine diphosphate (UDP)-glucose and UDP-galactose. The most common metabolic disease affecting this pathway is galactose-1-phosphate uridylyltransferase (GALT) deficiency, that despite a lifelong galactose-restricted diet, often results in chronically debilitating complications. Alterations in the levels of UDP-sugars leading to galactosylation abnormalities have been hypothesized as a key pathogenic factor. However, UDP-sugar levels measured in patient cell lines have shown contradictory results. Other NS that might be affected, differences throughout development, as well as tissue specific profiles have not been investigated. Using recently established UHPLC-MS/MS technology, we studied the complete NS profiles in wildtype and galt knockout zebrafish (Danio rerio). Analyses of UDP-hexoses, UDP-hexosamines, CMP-sialic acids, GDP-fucose, UDP-glucuronic acid, UDP-xylose, CDP-ribitol, and ADP-ribose profiles at four developmental stages and in tissues (brain and gonads) in wildtype zebrafish revealed variation in NS levels throughout development and differences between examined tissues. More specifically, we found higher levels of CMP-N-acetylneuraminic acid, GDP-fucose, UDP-glucuronic acid, and UDP-xylose in brain and of CMP-N-glycolylneuraminic acid in gonads. Analysis of the same NS profiles in galt knockout zebrafish revealed no significant differences from wildtype. Our findings in galt knockout zebrafish, even when challenged with galactose, do not support a role for abnormalities in UDP-glucose or UDP-galactose as a key pathogenic factor in GALT deficiency, under the tested conditions.

© 2020 The Authors. Journal of Inherited Metabolic Disease published by John Wiley & Sons Ltd on behalf of SSIEM.