Brain and cellular alterations caused by CYP27A1 deficiency in mouse and human models
(2021) MOBN03 20202Degree Projects in Molecular Biology
- Abstract
- CYP27A1 is an important enzyme in cholesterol catabolism and bile acid biosynthesis. Deficiency of this enzyme in human leads to the disease Cerebrotendinous xanthomatosis (CTX), which is a recessively inherited lipid storage disorder characterized by symptoms such as cataracts, tendon xanthomas and progressive neurological syndrome. The underlying cause for the neurological symptoms is not well understood, but is thought to be associated with the accumulation of cholestanol and subsequent formation of xanthomas in the brain. In mouse, deficiency does not result in a CTX phenotype and multiple inter-special differences have been observed in regards to bile acid synthesis and cholestanol accumulation. In this project, the aim was to... (More)
- CYP27A1 is an important enzyme in cholesterol catabolism and bile acid biosynthesis. Deficiency of this enzyme in human leads to the disease Cerebrotendinous xanthomatosis (CTX), which is a recessively inherited lipid storage disorder characterized by symptoms such as cataracts, tendon xanthomas and progressive neurological syndrome. The underlying cause for the neurological symptoms is not well understood, but is thought to be associated with the accumulation of cholestanol and subsequent formation of xanthomas in the brain. In mouse, deficiency does not result in a CTX phenotype and multiple inter-special differences have been observed in regards to bile acid synthesis and cholestanol accumulation. In this project, the aim was to investigate if and how early neurogenesis and embryonic brain development is affected by the absence of CYP27A1 in both a mouse and a human model. Brains of Cyp27a1 deficient embryonic mice as well as forebrain organoids derived from CYP27A1 deficient hESCs were cryosectioned and analyzed for neurogenesis markers by immunohistochemistry. The mouse deficiency model revealed enlarged ventricles, differences in thickness of cortical layers as well as increased proliferation in the developing cortex and ganglionic eminences. Organoids displayed significant variability, but data suggest that ventricle-like structures of CYP27A1 deficient ventral forebrain organoids may exhibit increased proliferation when compared to corresponding WT organoids. Together, these results suggest that deficiency of CYP27A1 might have an impact on early neurogenesis and brain development specifically in mouse and potentially in human as well. (Less)
- Popular Abstract (Swedish)
- Förändringar i hjärnan vid avsaknad av CYP27A1
CYP27A1 är en gen vars färdiga protein är involverat i nedbrytning av kolesterol och gallsyrasyntes. Avsaknad av CYP27A1 eller produktion av en dysfunktionell variant av proteinet i människor resulterar i sjukdomen Cerebrotendinös xantomatos (CTX). CTX är en sjukdom som karaktäriseras av grumling av ögats lins, lipidinlagringar i form av knutor i senor samt kognitiv nedsättning och psykiska symptom. I möss leder avsaknaden av samma protein inte till liknande symptom, men vissa likheter i påverkan på gallsyrasyntesen har observerats. Orsaken till uppkomsten av neurologiska symptom i människor är ännu inte klarlagd. I det här projektet har förändringar i hjärnan och utveckling av nervceller... (More) - Förändringar i hjärnan vid avsaknad av CYP27A1
CYP27A1 är en gen vars färdiga protein är involverat i nedbrytning av kolesterol och gallsyrasyntes. Avsaknad av CYP27A1 eller produktion av en dysfunktionell variant av proteinet i människor resulterar i sjukdomen Cerebrotendinös xantomatos (CTX). CTX är en sjukdom som karaktäriseras av grumling av ögats lins, lipidinlagringar i form av knutor i senor samt kognitiv nedsättning och psykiska symptom. I möss leder avsaknaden av samma protein inte till liknande symptom, men vissa likheter i påverkan på gallsyrasyntesen har observerats. Orsaken till uppkomsten av neurologiska symptom i människor är ännu inte klarlagd. I det här projektet har förändringar i hjärnan och utveckling av nervceller studerats i en mus- och en mänsklig modell som saknar CYP27A1.
För att studera förändringar i hjärnan och utveckling av dess nervceller i avsaknad av CYP27A1 så utnyttjades möss och mänskliga så kallade organoider där genen CYP27A1 var dysfunktionell. Organoiderna skapades från mänskliga pluripotenta celler och är tredimensionella cellansamlingar som till viss del efterliknar framhjärnan. Hjärnor från mössen och organoiderna skars i tunna snitt och färgades in med antikroppar för att visualisera olika cellpopulationer och strukturer.
För att studera skillnader i olika nervcellspopulationer i musmodellen så mättes tjockleken på lager av olika cellpopulationer. Lagret av neurala stamceller, som ger upphov till mer differentierade celler och nervceller, var tydligt tjockare i mössen som saknade Cyp27a1 jämfört med vildtypsmössen. Dessutom observerades en markant minskning av lagret som bestod av nervceller. De neurala stamcellerna verkar alltså ha expanderat på bekostnad av populationen av nervceller.
Ytterligare en skillnad som upptäcktes var att mössen utan CYP27A1 hade betydligt större ventriklar än de friska mössen, vilket skulle kunna vara kopplat till en ackumulering av cerebrospinal vätska i ventriklarna, en förändring i delningskapacitet hos cellerna eller ökad celldöd. Slutligen konstaterades det att mössen som saknade CYP27A1 hade många fler celler som delade sig i hjärnan jämfört med vildtypsmössen.
I organoiderna var resultaten inte lika tydliga på grund av hög variabilitet inom grupperna. Trots detta kunde vissa trender observeras, till exempel en ökning av celler i delning i strukturer i organoiderna som liknar ventriklarna i hjärnan.
Sammanfattningsvis, så observerades ett flertal skillnader i hjärnorna hos möss som saknade CYP27A1 i jämförelse med de friska mössen och i människomodellen fanns vissa trender som indikerade en förändring hos vissa neurala cellpopulationer. Sammantaget verkar avsaknaden av CYP27A1 ha en viss påverkan på tidig utveckling av hjärnan och nervcellsutveckling.
Master’s Degree Project in Molecular Biology 60 credits 2021
Department of Biology, Lund University
Supervisor: Henrik Ahlenius & Isaac Canals
Stem cell, Aging and Neurodegeneration, Department of Neurology, Lund University (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9059695
- author
- Perlhagen, Olivia
- supervisor
- organization
- course
- MOBN03 20202
- year
- 2021
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- language
- English
- id
- 9059695
- date added to LUP
- 2021-06-29 12:15:07
- date last changed
- 2021-06-29 12:15:07
@misc{9059695,
abstract = {{CYP27A1 is an important enzyme in cholesterol catabolism and bile acid biosynthesis. Deficiency of this enzyme in human leads to the disease Cerebrotendinous xanthomatosis (CTX), which is a recessively inherited lipid storage disorder characterized by symptoms such as cataracts, tendon xanthomas and progressive neurological syndrome. The underlying cause for the neurological symptoms is not well understood, but is thought to be associated with the accumulation of cholestanol and subsequent formation of xanthomas in the brain. In mouse, deficiency does not result in a CTX phenotype and multiple inter-special differences have been observed in regards to bile acid synthesis and cholestanol accumulation. In this project, the aim was to investigate if and how early neurogenesis and embryonic brain development is affected by the absence of CYP27A1 in both a mouse and a human model. Brains of Cyp27a1 deficient embryonic mice as well as forebrain organoids derived from CYP27A1 deficient hESCs were cryosectioned and analyzed for neurogenesis markers by immunohistochemistry. The mouse deficiency model revealed enlarged ventricles, differences in thickness of cortical layers as well as increased proliferation in the developing cortex and ganglionic eminences. Organoids displayed significant variability, but data suggest that ventricle-like structures of CYP27A1 deficient ventral forebrain organoids may exhibit increased proliferation when compared to corresponding WT organoids. Together, these results suggest that deficiency of CYP27A1 might have an impact on early neurogenesis and brain development specifically in mouse and potentially in human as well.}},
author = {{Perlhagen, Olivia}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Brain and cellular alterations caused by CYP27A1 deficiency in mouse and human models}},
year = {{2021}},
}