Studium ztráty dystrofinu a jejího vlivu na strukturu a funkci neuronů pomocí modelů Duchennovy svalové dystrofie založených na lidských pluripotentních kmenových buňkách

Bc. Tamara Jankovičová

Diplomová práce

Study of dystrophin loss and its impact on neuronal structure and functionality using human pluripotent stem cell models of Duchenne Muscular Dystrophy

Anotace:

Duchennova muskulární dystrofie (DMD), nejčastější forma muskulární dystrofie, postihuje nejen kosterní svalstvo, ale také kognitivní funkce, přičemž pacienti vykazují široké spektrum neuropsychiatrických projevů. Vzhledem ke komplexní distribuci izoforem dystrofinu v mozku zůstávají neuronální mechanismy podílející se na těchto patologických změnách stále nedostatečně objasněny. Hlavním cílem této práce proto bylo identifikovat neuronální fenotypové změny vyplývající z deficience dystrofinu za využití neuronů odvozených z iPSC pacientů s DMD a geneticky modifikovaných ESC modelů. K dosažení tohoto cíle bylo využito několik experimentálních přístupů, včetně Western blot analýzy, imunofluorescence a funkčních metod, jako je elektrofyziologie a zobrazování kalciových transientů. Identifikovali jsme fenotypové změny asociované s DMD nejen v distribuci synaptofyzinu v axonálních projekcích modelu cDMD, ale také ve funkčních vlastnostech neuronů, včetně zvýšené frekvence kalciových transientů u pacientských kultur a tendence ke snížené synchronizaci neuronální aktivity v izogenních kulturách. Souhrnně naše výsledky naznačují, že neurony s deficiencí dystrofinu vykazují změněnou distribuci synaptofyzinu, narušenou kalciovou homeostázu a alterované vlastnosti neuronální aktivity. Další validace těchto výsledků spolu s detailnějšími mechanistickými studiemi může přispět k vytvoření molekulárního rámce pro pochopení neuropatologie asociované s DMD.

Abstract:

Duchenne muscular dystrophy (DMD), the most common form of muscular dystrophy, affects not only skeletal muscle but also cognitive function, with patients exhibiting a broad range of neuropsychiatric manifestations. Given the complexity of dystrophin isoform distribution in the brain, the neuronal mechanisms underlying pathological changes remain insufficiently understood. Therefore, the main aim of this work was to identify neuronal phenotypic alterations resulting from dystrophin deficiency using both iPSC-derived neurons from DMD patients and genetically engineered ESC-derived neuronal models. To achieve this, multiple experimental approaches were employed, including Western blotting, immunofluorescence, and functional assays such as electrophysiology and calcium imaging. We identified DMD-associated phenotypes not only in the distribution of synaptophysin within axonal projections of the cDMD model, but also in functional properties, including increased calcium transient frequency in patient-derived cultures and a tendency toward reduced firing synchrony in isogenic cultures. Altogether, our findings suggest that dystrophin-deficient neurons exhibit altered synaptic components distribution, calcium signalling, and firing properties. Further validation of these findings, together with additional mechanistic studies, will contribute to the development of a molecular framework for understanding DMD-associated neuropathology.

Keywords

Duchennova muskulární dystrofie, dystrofin, izoformy dystrofinu, neuronální dysfunkce, axonální projekce, synaptofyzin, kalciová homeostáza, pluripotentní kmenové buňky Duchenne muscular dystrophy, dystrophin, dystrophin isoforms, neuronal dysfunction, axonal projections, synaptophysin, calcium homeostasis, pluripotent stem cells

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 15. 5. 2026

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 5. 6. 2026
• Vedoucí: Victorio Martin Pozo Devoto
• Oponent: Ph.D. Amit Suresh Khairnar

Masarykova univerzita

Přírodovědecká fakulta

Magisterský studijní program / obor:
Biochemie / Genomika a Proteomika