Funktionelle Analyse des ATP13A2 Orthologs in D. melanogaster

URN to cite this document:: urn:nbn:de:bvb:355-epub-335857
DOI to cite this document:: 10.5283/epub.33585

Heßner, Sabina

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Date of publication of this fulltext: 03 Aug 2017 05:41

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Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	3 August 2017
Referee:	Prof. Dr. Stephan Schneuwly
Date of exam:	3 February 2016
Institutions:	Biology, Preclinical Medicine > Institut für Zoologie > Entwicklungsbiologie (Prof. Dr. Stephan Schneuwly)
Keywords:	Kufor-Rakeb Syndrom, ATP13A2, Drosophila, Lysosomen, dopaminerge Neuronen, Metalltoxizität
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 570 Life sciences 500 Science > 590 Zoological sciences
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	33585

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Abstract (German)

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Das Kufor-Rakeb Syndrom ist eine juvenile Form von Parkinson, die autosomal rezessiv vererbt wird. Über 20 verschiedene Mutationen wurden im betroffenen Gen ATP13A2 (PARK9) bisher gefunden. Es codiert für eine P5B-ATPase, bei der die Substratspezifität noch nicht geklärt ist.
Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der Analyse des Orthologs von ATP13A2 im Modellorganismus Drosophila melanogaster. Dazu wurden die Auswirkungen einer veränderten dPark9-Expression in verschiedenen Geweben und Systemen untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass eine Veränderung der dPark9-Menge die Vitalität von D. melanogaster beeinträchtigt. Ein dPark9-knockdown wirkt sich in einer Verkürzung der Lebensdauer aus. Sowohl eine Reduktion als auch eine Erhöhung der Expression führt zu einer Verschlechterung der lokomotorischen Fähigkeiten und spricht für eine essentielle Funktion des Proteins im Nervensystem. Des Weiteren spielt das Gen eine wichtige Rolle bei der Entwicklung der indirekten Flugmuskulatur (IFM), da ein Mangel an dPark9 zu anormal ausgebildeten Muskelsträngen führt. Ein knockdown von dPark9 spezifisch in dopaminergen Neuronen führt zu keinem Verlust der Neuronen. Es konnte jedoch eine altersabhängige Reduktion der GFP-Signalintensität detektiert werden, was auf eine Beeinträchtigung der Neuronenfunktion hindeutet. Die Überexpression der Isoform dPark9H zeigt hingegen einen entwicklungs- und altersabhängigen Verlust der dopaminergen Neuronen und des GFP-Signals. Die Lokalisation des homologen Proteins konnte in den Lysosomen, späten Endosomen und der Zellmembran von Fettkörperzellen nachgewiesen werden. Der Verlust von dPark9 führt zu einer Akkumulation von α-Synuclein und verdeutlicht den Zusammenhang mit einem weiteren Parkinsongen sowie die Beteiligung des Proteins bei Degradationsprozessen.
Ein weiterer Teil der Arbeit befasste sich mit der Ermittlung eines möglichen Substrats des Transportproteins. Lebensdauerexperimente unter Substrateinfluss zeigten eine Tendenz für die Metalle Zink und Mangan. Die Auswirkungen dieser beiden Metalle sowie des Polyamins Norspermidin auf die dopaminergen Neuronen wiesen allerdings gegensätzliche Ergebnisse auf und verdeutlichen die Komplexität dieses Themas. Hier sind weitere Untersuchungen notwendig um eine klare Aussage über die Art der Substrationen treffen zu können.

Translation of the abstract (English)

Parkinson is the second most common neurodegenerative disease in the world. Most of the cases are idiopathic forms and only 5-10% have a genetic reason. The Kufor-Rakeb syndrome is one of the hereditary forms of Parkinsonism with juvenile onset and is caused by mutations in the gene ATP13A2 (PARK9). PARK9 encodes for a P5B-ATPAse with unknown substrate specificity.
In this thesis the Drosophila melanogaster ortholog of the human ATP13A2 (dPark9) was analyzed and characterized in different tissues and developmental stages. We established the subcellular localisation of dPark9 in lysosomes and late endosomes in S2-cells and Drosophila fat body using a GFP-fusion protein. Importantly, alteration in dPark9 expression influences the fitness of flies. Knockdown of dPark9 decreases viability and leads to a shortened lifespan under standard conditions. Silencing as well as overexpression of dPark9 affects locomotor ability and confirms the important function of this protein in the nervous system. Besides the importance in nervous system and fly viability, dPark9 seems to plays also an important role in the development of indirect flight muscles because its knockdown leads to abnormal muscle fibers already in young flies. Although the knockdown of dPark9 shows no loss of dopaminergic neurons there was an impairment of neuronal function detected by a reduction of a nuclear GFP signal intensity compared to age matched controls. On the contrary, overexpression of dPark9 shows a developmental and age-dependent loss of dopaminergic neurons as well as of GFP signal, further reinforcing the importance of this gene in the nervous system of Drosophila melanogaster. Ubiquitous loss of dPark9 leads to accumulation of ectopically expressed α-synuclein, suggesting an influence on protein degradation processes and a genetic interaction with another Parkinson gene.
The second part of the thesis tries to unravel the substrate specificity of this ATPase in Drosophila. To give insight in this issue, we first investigated whether dPark9 silencing had an influence of fly tolerance to different candidate substrates. Although our results highlight zinc and manganese, we also found that the polyamine norspermidine seemed to have an effect. All these results illustrate the complexity of dpark9 cellular functions.

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