Role primárních cilií ve vývoji oka

Bc. Lucia Bubelínyová

Bachelor's thesis

Role of primary cilia in eye development

Abstract:

The development of an eye is initiated at early embryonic period. Cascade expression of genes is the key for the paterning of eye structures. The occurrence of primary cilia is essential for proper development of all eye components. Primary cilia are immotile organelles protruding from the cell surface on almost every cell of the human body. Their main function is receiving signals from extracellular and intracellular environment and thus participate in cell signaling. In primary cilia, there may occur numerous mutations which encode specific ciliary proteins. It can lead to variety of disorders at the level of their function or structure. These disorders cause a group of diseases, which are collectively called ciliopathies. Ciliopathies have different manifestations throughout the whole body and damages of the eye structures are nearly always present. Primary cilia in the eye can be found in almost every structure, such as the cornea, ciliary body, lens and retina. They are found in each layer of retina, where in photoreceptors are forming a highly modified structure of the connecting center between the inner and outer photoreceptor segments, so they participate in the vision process. Primary cilia are also referred as so-called cellular antenna, due to the presence of signaling pathways in them. Cilia are most frequently associated with SHH pathway, among others are WNT, Notch, GPCR, FGF, and TGF-beta. The failure in these signaling pathways is accompanied, for example, by abnormal assembly of cilium, or by disorder in their structure and morphology. Various transgenic model organisms were used to study primary cilia and the most common are mouse and chicken models. Many phenotypic manifestations in animal models are similar to phenotypic manifestations in human patients. The most common eye disorders are retinal degeneration, eye colobomas, cataracts and various types of strabismus. These manifestations in the eyes are usually part of syndromes affecting multiple organs and tissues.

Abstract:

Vývoj oka prebieha od skorého embryonálneho vývoja. Kľúčová je kaskádovitá expresia génov, ktoré iniciujú vývoj oka. Aby vývoj jednotlivých štruktúr prebehol správne je nevyhnutná prítomnosť primárnych cílií. Sú to nepohyblivé organely vystupujúce z povrchu takmer každej bunky ľudského tela. Primárne cílie slúžia predovšetkým na príjem signálov z vonkajšieho a vnútorného prostredia bunky a ďalej sa podieľajú na regulácii bunkovej signalizácie. V génoch kódujúcich proteíny špecifické pre primárne cílie dochádza často k mutáciám, ktoré spôsobujú množstvo porúch na úrovni funkcie alebo štruktúry cílie. Tieto poruchy následne spôsobujú skupinu ochorení, ktoré sa spoločne označujú ako ciliopatie. Ciliopatie majú rôzne fenotypové prejavy v rade orgánov a takmer vždy je prítomné poškodenie očí. Primárne cílie sa v oku nachádzajú takmer v každej štruktúre, ako napríklad v rohovke, ciliárnom telese, šošovke a v sietnici. V sietnici sa nachádzajú vo všetkých vrstvách vrátane fotoreceptorov, ktoré predstavujú vysoko špecializovanú štruktúru spojovacieho centra medzi vonkajším a vnútorným segmentom fotoreceptoru, čím sa podieľajú na procese videnia. Primárne cílie sa niekedy označujú aj ako tzv. bunková anténa vďaka významným signalizačným procesom, ktoré sprostredkovávajú. Najpodrobnejšie popísaná v súvislosti s primárnymi cíliami je signálna dráha SHH a ďalšími sú WNT, Notch, GPCR, FGF a TGF-beta. K poruche týchto signálnych dráh dochádza napríklad abnormálnou akumuláciou proteínov v cílii, či poruchou v ich štruktúre a morfológii. Na analýzu primárnych cílií sa používa niekoľko modelových transgénnych organizmov, z ktorých najrozšírenejší je myší a kurací model. Väčšina fenotypových prejavov na zvieracích modeloch sú spoločné s fenotypovými prejavmi u ľudských pacientov. Najčastejšie poruchy v oblasti očí sú degenerácie sietnice, kolobómy častí oka, katarakty a rôzne druhy strabizmu. Tieto prejavy na očiach bývajú tiež súčasťou syndrómov postihujúcich aj ďalšie orgány a tkanivá.

Keywords

Primárne cílie, vývoj oka, signálne dráhy, modelové organizmy, ciliopatie Primary cilia, eye development, signaling pathway, model organisms, ciliopathies

Language used: Slovak

Date on which the thesis was submitted / produced: 9. 5. 2019

Thesis defence

• Date of defence: 12. 6. 2019
• Supervisor: doc. RNDr. Marcela Buchtová, Ph.D.
• Reader: RNDr. Mária Hovořáková, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Bachelor programme / field:
Experimental Biology / Special Biology