Unfolding the role of Ire1 and DNAJB1 in Parkinson’s disease

Abstract

Parkinson’s disease (PD) is a movement disorder of the brain which is hallmarked by the presence of large protein-rich cytoplasmic aggregates, called Lewy bodies (LBs), in the neurons. The protein α-synuclein (α-syn) is abundant in these aggregates, and can itself form aggregates. Several mutations linked to α-syn are also linked to an increased risk of contracting PD. In healthy neurons, the chaperone heat shock protein 70 (Hsp70) is able to refold misfolded proteins such as aggregated α-syn, with the help of its co-chaperones, the DNAJ proteins. In addition, toxic protein aggregation is normally stopped by the unfolded protein response (UPR) in the endoplasmic reticulum, including the protein Ire1 which indirectly activates genes involved in protein folding. Here, it is shown that knocking out the DNAJ protein DNAJB1 in HEK293 cells overexpressing α-syn, by use of CRISPR/Cas9 technology, leads to a significant increase of α-syn aggregates. In addition, reintroducing the DNAJB1 gene into these knockout cells decreases the aggregate percentage to a level comparable with control cells. Furthermore, introducing a H32Q mutant version of DNAJB1, which cannot interact with HSP70, into the knockout cells, does not decrease the level of α-syn aggregation. This suggests that the DNAJB1 protein may have an important function in suppressing the formation of the toxic α-syn aggregates in cells and could be involved in a potential new PD therapeutic. Furthermore, the effect of conditionally knocking out the UPR protein Ire1 in the dopaminergic neurons of a Parkinsonian mouse model expressing human α-syn-GFP has been investigated. After 6 months, the lack of the protein does not seem to result in a behavioral difference in the mice compared to control, and thereby does not share the therapeutic potential of DNAJB1.

Popular Abstract (Swedish)

Hur kan cellers försvarsmekanismer hjälpa oss förstå Parkinsons sjukdom?

Parkinsons sjukdom är den andra mest vanliga neurodegenerativa sjukdomen i världen, och under sjukdomens gång dör allt fler hjärnceller vilket leder till svårigheter för hjärnan. När fler och fler celler försvinner, får hjärnan problem att kontrollera de signaler som den skickar ut till kroppen, vilket leder till symptom som rörelsesvårigheter och skakningar. Även om man förstått sambandet mellan nervcelldöden och rörelsesvårigheterna, är det ännu oklart varför vissa människor får sjukdomen och hur den bryter ut.

Förutom de synliga symptomen, finns det olika tecken i hjärnan på att en person har Parkinsons sjukdom. Bland annat brukar det förekomma farliga förklumpningar av proteiner, allra vanligast av proteinet alfasynuklein. I en hälsosam cell finns det olika försvarsmekanismer för att hantera protein som har klumpat ihop sig, så att de inte skapar problem för cellen genom att påverka den normala proteinbalansen. Men eftersom dessa försvarsmetoder inte har lyckats stoppa förklumplingar av alfasynuklein i Parkinsons patienternas nervceller, har målet med denna studie vara att undersöka några av dessa mekanismer närmre och se vilken påverkan de har på förklumpat alfasynuklein.

För att utforska denna frågeställning använde vi oss av djurmodeller, mer specifikt möss som har manipulerats genetiskt för att få Parkinsonssymptom. När vi sedan återigen ändrade mössens gener, så att en av deras försvarmekanismer mot stress försvann, ville vi se om just denna försvarsmekanism var viktig för cellens bekämpning mot formationen av proteinklumpar. Efter 6 månader kunde vi inte se någon skillnad mellan våra möss och kontrollmöss, men studien kommer att fortsätta till 12 månader då Parkinsons är en åldersrelaterad sjukdom.

Utöver detta undersökte vi en annan av cellens försvarsmekanismer mot cellulär stress genom cellmodell, där vi gror celler som producerar extra mycket alfasynuklein, likt Parkinsonsceller, och sedan ändrar cellernas gener för att se hur försvarsmekanismen påverkar antalet förklumpningar av alfasynuklein. I denna studie insåg vi att försvarsmekanismproteinet DNAJB1 verkar kunna minska antalet förklumpningar av alfasynuklein, och därmed har potential att medverka i en tänkbar medicin mot sjukdomen.

I framtiden kommer förhoppningsvis dessa studier kring cellens försvarsmekanismer inte bara hjälpa oss att förstå orsaken till sjukdomen men också att kunna hjälpa hjärncellerna att behandla sjukdomen och minska symptomen för patienterna.







Masterexamensarbete i molekylärbiologi, 60 hp
Biologiska institutionen, Lunds Universitet
Handledare: Christian Hansen
Institutionen för experimentell medicinsk vetenskap

• author: Källstig, Emma
• supervisor: Christian Hansen
• organization: Degree Projects in Molecular Biology
• course: MOBT01 20162
• year: 2017
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Biology and Life Sciences
• language: English
• id: 8925257
• date added to LUP: 2017-09-11 11:43:12
• date last changed: 2017-09-11 11:43:12