Advanced

Characterization of gastrointestinal changes in a mouse model of Parkinson’s disease

Haikal, Caroline (2016) MOBT01 20161
Degree Projects in Molecular Biology
Abstract
Parkinson’s disease is a neurodegenerative disorder that results in the death of dopaminergic neurons. The death of dopaminergic neurons results in motor deficits of which bradykinesia, resting tremor, and rigidity are the principal symptoms. In addition to the motor symptoms, PD patients often experience disturbances to their gastrointestinal systems. These symptoms often appear years before the motor symptom debut. Studies have shown alterations in the microbiota of PD patients. To study PD pathology, our lab has developed a transgenic mouse model that expresses human a-Syn under the control of the mouse’s endogenous promoter. To study whether the mice reflected the gastrointestinal pathology of PD, stool samples from the transgenic and... (More)
Parkinson’s disease is a neurodegenerative disorder that results in the death of dopaminergic neurons. The death of dopaminergic neurons results in motor deficits of which bradykinesia, resting tremor, and rigidity are the principal symptoms. In addition to the motor symptoms, PD patients often experience disturbances to their gastrointestinal systems. These symptoms often appear years before the motor symptom debut. Studies have shown alterations in the microbiota of PD patients. To study PD pathology, our lab has developed a transgenic mouse model that expresses human a-Syn under the control of the mouse’s endogenous promoter. To study whether the mice reflected the gastrointestinal pathology of PD, stool samples from the transgenic and wildtype mice were compared for the following bacteria: Akkermansia muciniphila, Escherichia coli, Fecalibacterium prausnitzii, Enterobacteriaceae, and Verrucomicrobiacea. These bacteria and bacterial families have previously been shown to be affected in inflammatory bowel disturbances. The transgenic mice showed significant loss of A. muciniphila in their feces compared to the wildtypes. Additionally, the transgenic mice exhibited lower percentages of water in their stools, a measure of constipation. The discovery of one group of transgenic mice positive for A. muciniphila led to the study of motor behavior between the two groups of transgenic mice: those with or without A. muciniphila in their feces. Surprisingly, differences indicating a worsening of the phenotype for the transgnic mice with A. muciniphila in their feces could be seen in both the rotarod and openfield assays. To examine whether similar microbiota differences could be seen in human samples, stool samples from PD patients and healthy controls were compared for the aforementioned bacteria. No significant changes could be seen for any of the bacteria. To test whether alpha synuclein (a-Syn) in feces could be used as a biomarker for PD, Western Blots with PD and control stool samples were analyzed with an a-Syn-detecting antibody. Stainings could be seen for the PD samples but not in the controls. To test whether a-Syn had any inhibitory effects on the growth of A. muciniphila and E. coli, the two bacteria were cultured and a-Syn added to the plates. No effect of a-Syn could be seen on the growth and survival of either strain. Although A. muciniphila might not play a causative role in PD pathology, there seems to be a correlation with its presence in feces and disease phenotype. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Avföringskomposition har en inverkan på beteende i Parkinson drabbade möss

Parkinsons sjukdom (PD) är en kronisk neurologisk sjukdom som kännetecknas av rörelsesvårigheter, stelhet och okontrollerade skakningar. De första motoriska symptomen uppstår oftast efter 55 års ålder men PD-patienter upplever ofta störningar i sin tarm- och mag- funktion, så som obehag, förstoppning, och fördröjd magtömning flera år innan de motoriska symptomen uppstår.

Även om vissa genetiska riskfaktorer har identifierats, är orsaken till majoriteten av Parkinsons sjukdomsfall okänd. Vissa toxiner och bekämpningsmedel har dock kopplats till utvecklingen av PD. En hypotes framförd av forskaren Braak bygger på att PD börjar i tarmen varifrån den sedan... (More)
Avföringskomposition har en inverkan på beteende i Parkinson drabbade möss

Parkinsons sjukdom (PD) är en kronisk neurologisk sjukdom som kännetecknas av rörelsesvårigheter, stelhet och okontrollerade skakningar. De första motoriska symptomen uppstår oftast efter 55 års ålder men PD-patienter upplever ofta störningar i sin tarm- och mag- funktion, så som obehag, förstoppning, och fördröjd magtömning flera år innan de motoriska symptomen uppstår.

Även om vissa genetiska riskfaktorer har identifierats, är orsaken till majoriteten av Parkinsons sjukdomsfall okänd. Vissa toxiner och bekämpningsmedel har dock kopplats till utvecklingen av PD. En hypotes framförd av forskaren Braak bygger på att PD börjar i tarmen varifrån den sedan sprider sig till hjärnan, detta eftersom tarmen ofta påverkas i ett tidigt skede av sjukdomen. Denna hypotes bygger på att tarmen utgör den största kontaktytan mellan nerver och miljö. Då förändringar i tarmfloran har kopplats till diverse andra sjukdomar med tarmstörningar liknande de som uppstår i PD, har studier allt mer börjat riktats mot att undersöka dysbios, det vill säga ändringar i kompositionen av de bakterier som utgör tarmfloran. Bakteriella förändringar i avföringsprover har rapporterats då man jämfört PD-patienter med friska individer.

Inom medicinsk forskning används ofta gnagare för att undersöka hypoteser. Vi har använt en transgen musmodell av PD för att undersöka huruvida dessa möss uppvisar tarmrelaterade störningar. De transgena mössen uppvisade en minskad vattenhalt i avföringen- ett tecken på förstoppning något som styrker musmodellens relevans till den mänskliga sjukdomen.

Då vi varit intresserade av förändringar i tarmfloran har vi analyserat sammansättningen av bakterier i avföringen från dessa möss. Vi har hittat mätbara skillnader i förekomsten av Akkermansia muciniphila, en bakterie som påverkar tjockleken på slemhinnan i tarmen. En låg förekomst leder till en tunnare slemhinna, vilket i tur leder till ökad permeabilitet av tarmen och att substanser därmed lättare kan tränga in i blodcirkulationen. Detta kan leda till en mild systemisk inflammation, något som tidigare har kopplats till PD. Alla transgena möss hade mycket lägre förekomst av bakterien än djur utan PD.

Vi har även jämfört beteendet som en indikator på balans och spontan rörelse hos de möss som har bakterien i låga halter med de som inte har den alls. Det visade sig att dessa genetiskt identiska möss skiljer sig i båda de undersökta beteendena beroende på om bakterien finns i deras avföring eller inte. Ena testet indikerar att mössen som uttrycker bakterien har en lägre gången degeneration av hjärnceller. Det andra testet tyder på att dessa möss har försämrad balansförmåga. Dessa upptäckter tyder på att halten av bakterien i tarmen är kopplad till mössens beteende.

Allt mer forskning tyder på att tarmen har en central roll i utvecklingen av Parkinsons sjukdom. En djupare förståelse av hur tarmen spelar in i processen hade varit gynnsamt. För att undersöka detta har vi använt oss av en musmodell som har visat sig vara relevant. Modellen ger en tidig indikation på att bakterien Akkermansia muciniphila, och vad den innebär för tarmfunktionen, är kopplad till sjukdomsförloppet av PD.

Handledare & biträdande handledare: Jia-Yi Li & Meike Diepenbroek
Examensarbete för masterexamen i medicinsk molekylärbiologi (60 hp)
Biologiska institutionen, Lunds universitet (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Haikal, Caroline
supervisor
organization
course
MOBT01 20161
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
language
English
id
8893017
date added to LUP
2016-10-05 12:23:45
date last changed
2016-10-05 12:23:45
@misc{8893017,
  abstract     = {Parkinson’s disease is a neurodegenerative disorder that results in the death of dopaminergic neurons. The death of dopaminergic neurons results in motor deficits of which bradykinesia, resting tremor, and rigidity are the principal symptoms. In addition to the motor symptoms, PD patients often experience disturbances to their gastrointestinal systems. These symptoms often appear years before the motor symptom debut. Studies have shown alterations in the microbiota of PD patients. To study PD pathology, our lab has developed a transgenic mouse model that expresses human a-Syn under the control of the mouse’s endogenous promoter. To study whether the mice reflected the gastrointestinal pathology of PD, stool samples from the transgenic and wildtype mice were compared for the following bacteria: Akkermansia muciniphila, Escherichia coli, Fecalibacterium prausnitzii, Enterobacteriaceae, and Verrucomicrobiacea. These bacteria and bacterial families have previously been shown to be affected in inflammatory bowel disturbances. The transgenic mice showed significant loss of A. muciniphila in their feces compared to the wildtypes. Additionally, the transgenic mice exhibited lower percentages of water in their stools, a measure of constipation. The discovery of one group of transgenic mice positive for A. muciniphila led to the study of motor behavior between the two groups of transgenic mice: those with or without A. muciniphila in their feces. Surprisingly, differences indicating a worsening of the phenotype for the transgnic mice with A. muciniphila in their feces could be seen in both the rotarod and openfield assays. To examine whether similar microbiota differences could be seen in human samples, stool samples from PD patients and healthy controls were compared for the aforementioned bacteria. No significant changes could be seen for any of the bacteria. To test whether alpha synuclein (a-Syn) in feces could be used as a biomarker for PD, Western Blots with PD and control stool samples were analyzed with an a-Syn-detecting antibody. Stainings could be seen for the PD samples but not in the controls. To test whether a-Syn had any inhibitory effects on the growth of A. muciniphila and E. coli, the two bacteria were cultured and a-Syn added to the plates. No effect of a-Syn could be seen on the growth and survival of either strain. Although A. muciniphila might not play a causative role in PD pathology, there seems to be a correlation with its presence in feces and disease phenotype.},
  author       = {Haikal, Caroline},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  title        = {Characterization of gastrointestinal changes in a mouse model of Parkinson’s disease},
  year         = {2016},
}