Investigating the molecular mechanisms underlying Geroderma Osteodysplastica (GO) Syndrome

Abstract

Geroderma osteodysplastica (GO; OMIM 231070) is an autosomal recessive segmental progeroid syndrome characterized by cutis laxa and osteoporosis. By genetic mapping mutations in SCYL1BP1 had been identified as the molecular basis of this disease. Co-localization studies using polyclonal and monoclonal antibodies generated by immunization with different SCYL1BP1 fragments revealed a localization of SCYL1BP1 in the medial and/or trans Golgi compartment. By a Y2H screening against a library of small GTPases, we identified the activated form of Rab6 as a specific interaction partner, a central regulator of anterograde and retrograde Golgi trafficking. Deletion mutants showed that the coiled-coil domain of SCYL1BP1 is sufficient to mediate Rab6 binding. Therefore, SCYL1BP1 belongs to the Golgin protein family. The mouse model generated by insertion of a gene trap cassette into the first intron of the murine Scyl1bp1 gene recapitulated the skin and bone phenotype of human GO. However, a thorough analysis of the phenotype was hampered by perinatal lethality of homozygous mutants that was attributed to a defect in lung development. Staining with different lectins demonstrated a dramatic reduction of complex N-glycans in the dermis and in the perichondrium adjacent to the growth plate of Scyl1bp1 deficient mice. MALDI-TOF analysis of skin lysates corroborated a striking rarefaction of complex N-glycans while some high mannose and hybrid N-glycans were more abundant. In contrast, no major glycosylation abnormalities could be identified in liver, lung or other tissues. Therefore, a tissue-specific glycosylation defect is correlated to the connective tissue abnormality in GO. Collectively, our results show that two common ageing phenomena, skin wrinkling and osteoporosis can be associated with mutations in a novel golgin, SCYL1BP1. Deficiency of Scyl1bp1 in mice is associated with a segmental alteration of glycosylation that is confined to skin and bone. Our data indicate that tissue-specific glycosylation changes can be associated with premature ageing.

Geroderma osteodysplastica (GO; OMIM 231070) ist ein autosomal rezessives segmentales progeroides Syndrom, das durch erhöhte Hautschlaffheit und Osteoporose charakterisiert ist. Durch genetisches Mapping konnten Mutationen in SCYL1BP1 als Basis dieser Erkrankung identifiziert werden. Mittels polyklonaler und monoklonaler Antikörper, die durch Immunisierung mit unterschiedlichen SCYL1BP1 Fragmenten erzeugt worden waren, wurde in Kolokalisations-Studien eine Lokalisation von SCYL1BP1 im medialen/trans Golgi Kompartiment gezeigt. Durch ein Y2H Screening gegen eine Library von kleinen GTPasen konnte aktiviertes Rab6 als spezifischer Interaktionspartner identifiziert werden, ein zentraler Regulator des retrograden und anterograden Golgi-Trafficking. Deletionsmutanten verdeutlichten, dass die Interaktion mit Rab6 durch die Coiled-Coil Domänen von SCYL1BP1 vermittelt wird. Somit ist SCYL1BP1 das erste Mitglied der Golgin Proteinfamilie, das eine erbliche Erkrankung verursacht. Ein Scyl1bp1-defizientes Mausmodell wurde durch die Insertion einer Gene Trap Kassette in das erste Intron des Scyl1bp1-Gens erzeugt und zeigte Anomalien der Haut und der Knochen, die der humanen Erkrankung ähneln. Eine perinatale Lethalität, vermutlich durch eine respiratorische Insuffizienz auf Grund verzögerter Lungenreifung, verhinderte eine tiefergehende Analyse dieses Phänotyps. Durch histologische Färbungen mittels verschiedener Lektine wurde in Scyl1bp1-defizienten Mutanten eine starke Verminderung komplexer N-Glykane in der Haut und im Perichondrium des Knochens detektiert. Eine entsprechende Verminderung der komplexen N-Glykane wurde durch MALDI-TOF Massenspektrometrie bestätigt. Die Analyse weiterer Gewebelysate zeigte, dass dieser Glykosylieungsdefekt spezifisch für die betroffenen Gewebe war. Diese Resultate zeigen, dass progeroide Veränderungen in Haut und Knochen durch den Verlust eines Golgin Proteins verursacht werden können, der zu einem Gewebe-spezifischen Glykosylierungsdefekt führt.