tytuł: | Rola wybranych białek mitochondrialnych w chorobie Parkinsona : badania na modelu Drosophila melanogaster |
wariant tytułu: |
The role of selected mitochondrial proteins in Parkinson's disease : research on the Drosophila melanogaster model |
autor: | Doktór Bartosz |
recenzent: | Kossut Małgorzata, Nalepa Irena |
promotor: | Pyza Elżbieta |
instytucja sprawcza: | Uniwersytet Jagielloński. Wydział Biologii. Instytut Zoologii i Badań Biomedycznych. Zakład Biologii i Obrazowania Komórki |
miejsce powstania: |
Kraków |
data obrony : | 2019-09-30 |
strony: | [1], 44, 31 |
sygnatura : |
Dokt. 2019/197 |
uwagi: | Bibliogr. s. 32-44 |
język: | polski |
abstrakt w j. polskim: | Choroba Parkinsona jest jedną z najczęściej występujących chorób neurodegeneracyjnych. Do najbardziej charakterystycznych objawów tej choroby zaliczane są: degeneracja neuronów dopaminergicznych, zmniejszenie poziomu dopaminy, wzrost poziomu wolnych rodników, a także problemy ze snem oraz poruszaniem się. Do modelowania symptomów choroby Parkinsona najczęściej wykorzystywane są neurotoksyny hamujące aktywność pierwszego kompleksu mitochondrialnego bądź mutacje genów kodujących białka biorące udział w mitofagii. W pierwszej części pracy zbadano związek pomiędzy chorobą Parkinsona wywołaną mutacjami genów mul1 oraz park a zaburzeniami pracy zegara okołodobowego u Drosophila melanogaster. Przeprowadzono analizę ekspresji głównych genów zegara (per, tim, clk) oraz białka (PER) w mózgu, a także analizę okołodobowej aktywności lokomotorycznej. Otrzymane wyniki wykazały, że u mutantów mul1 oraz park faza rytmu ekspresji genów zegara jest przesunięta, natomiast rytm ekspresji białka PER jest całkowicie zniesiony, co skutkuje zaburzonym rytmem aktywności lokomotorycznej. Wykazano, że zmiana ta jest następstwem zahamowania autofagii u tych mutantów, a także zwiększonej liczby wolnych rodników w mózgu oraz zmniejszeniem poziomu SOD1. W kolejnej części wykazano, że nadekspresja genów kodujących białka MUL1 oraz PARK w neuronach hamuje rozwój choroby Parkinsona wywołanej rotenonem. Wykonano analizę liczby neuronów dopaminergicznych, wyznakowanych immunohistochemicznie, zbadano poziom białek synaptycznych biorących udział w egzocytozie neuroprzekaźników (analiza Western Blot), zanalizowano błonę presynaptyczną w celu zbadania morfologii stref aktywnych synaps (elektronowy mikroskop transmisyjny), a także zbadano aktywność lokomotoryczną. Uzyskane wyniki wykazały, że szczepy z nadekspresją mul1 i park nie wykazują degeneracji neuronów dopaminergicznych po podaniu rotenonu, poziom badanych białek synaptycznych nie ulega zmniejszeniu, a strefy aktywne w elementach presynaptycznych nie posiadają żadnych nieprawidłowości. Ponadto aktywność motoryczna badanych osobników ulega poprawie. Wykazano, że obserwowane efekty są związane z obniżeniem poziomu apoptozy oraz zwiększeniem poziomu autofagii i poziomu białka SOD1. Stwierdzono również, że mutacja genu kodującego kinazę mitochondrialną PINK1 powoduje zaburzenia w morfologii i funkcjonowaniu synaps, podobne do obserwowanych na modelach wywołanych rotenonem. |
abstrakt w j. angielskim: | Parkinson's disease is one of the most common neurodegenerative diseases worldwide. The most characteristic symptoms of this disease include loss of dopaminergic neurons, reduction of dopamine levels, increase of free radicals level, and problems with sleep and movement. Neurotoxins, which inhibit activity of the first mitochondrial complex or mutations of genes encoding proteins involved in mitophagy, are the most frequently used to model symptoms of Parkinson's disease. In the first part of this work, we examined the link between the Parkinson's disease caused by mutations of mul1 and park genes and circadian rhythmic disorder in Drosophila melanogaster. The circadian rhythm of locomotor activity depends on the cyclic expression of the main clock genes (per, tim) and protein (PER) in the brain. Flies with mu1l or park mutations showed half an hour phase shift of clock gene expression while the rhythm of PER protein expression was completely abolished. This resulted in disruption of locomotor activity rhythm. Our results suggest that observed changes are a consequence of the suppression of autophagy, as well as an increased number of free radicals in the brain and reduction of SOD1 level. We also showed that overexpression of genes encoding MUL1 and PARK proteins in neurons suppresses development of rotenone-induced Parkinson's disease. The number of dopaminergic neurons was evaluated using immunohistochemistry. Western Blot analysis was used to investigate the level of synaptic proteins involved in neurotransmitter exocytosis. Using a transmission electron microscope, the presynaptic membrane was visualized and examined. The negative geotaxis test was carried out to evaluate motor activity. The conducted studies showed that mul1 or park overexpressing strains do not show dopaminergic neuron degeneration after administration of rotenone, the level of synaptic proteins was not reduced, active zones in the presynaptic elements did not have any abnormalities and motor activity of flies was improved. Our results suggest that these effects may result from decreased level of apoptosis and increased autophagy and SOD1 protein level. We also found that mutation of the gene encoding the mitochondrial kinase PINK1 also causes synaptic and motor disorders similar to those observed in the previously described rotenone-induced models. |
słowa kluczowe w j. polskim: | choroba Parkinsona, Drosophila melanogaster, neurodegeneracja, zegar okołodobowy, neuroprotekcja |
słowa kluczowe w j. angielskim: | Parkinson's disease, Drosophila melanogaster, neurodegeneration, circadian clock, neuroprotection |
wydział: instytut / zakład / katedra: | Wydział Biologii : Instytut Zoologii i Badań Biomedycznych |
typ: | rozprawa doktorska |