UNDERSTANDING MICROBE REGULATION OF THE PARKINSON DISEASE ASSOCIATED GENE LRRK2

• Main Author: Raskopp, Stina
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH) 2018
• Subjects: Natural Sciences; Naturvetenskap; Chemical Sciences; Kemi
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-237742

Microbiota’s influence on human health and disease is a growing research field including neurodegenerative diseases such as Parkinson’s disease (PD). The disease symptoms involve movement disorder, manifesting tremor, rigidity, bradykinesia and instability. At the molecular level, the disease exhibits; aggregated alfa-synuclein trapped inside neurons in the brain, in so called Lewy bodies, and loss of dopaminergic neurons in substantia nigra.The working hypothesis of this project is that human microbiome composition and interactions mediate environment and lifestyle influences on disease expression of PD. To validate this hypothesis, a mouse model (C57BL/J6 mice) was used. Two knock-in mouse lines were used; one carrying the wild type, human Leucine-Rich-Repeat-Kinase 2 (LRRK2) and the second carrying the most common Caucasian LRKK2/G2019S mutant. LRRK2 is a tyrosine kinase known to interact with Nucleotide-binding oligomerization domain-containing protein 2 (NOD2), a cytosolic microbe peptide sensing receptor. To establish the tools and knowledge required for the analyses, the initial part of the project was to analyze the expression levels of LRRK2 and NOD2 in wild-type C57BL/J6 mice in specific pathogen free (SPF), and mice devoid of exposure to living microbes, so called germ-free (GF) mice. Along with this analyse, expression levels of the transgenic LRKK2 proteins in the genetically modified mice was monitored. The focus was on the following tissues: striatum, midbrain, hippocampus, small intestine and large intestine and applied immune-histochemistry (IHC) combined with Western blot analysis.Results; significantly higher expression levels of LRRK2 were observed in microbe exposed mice versus GF mice with the exception of the large intestine which showed the opposite. Moreover, NOD2 showed a trend of lower expression levels in all brain GF areas tested with the exception to striatum. For the transgenic human knock-in LRKK2 proteins, increased expression of hLRKK2 were observed in striatum and large intestine compared to G2019S. Reduced hLRKK2 expression was observed in midbrain. The results suggest a strong correlation between LRRK2 expression and the gut microbiota and a need for continued research to better understand the role our indigenous microbiome may play in onset/progression of PD. === Mikroflorans betydelse för människors hälsa och sjukdomar är ett framväxande och banbrytande forskningsfält. Forskning har inte bara visat på mikroflorans betydelse för friska tillstånd utan också för utveckling av sjukdomar, så som Parkinsons sjukdom (PD). PD är en neurodegenerativ sjukdom med symptom som innefattar rörelsestörningar; tremor, stelhet, bradykinesi och instabilitet. På molekylär nivå ses aggregerat alfa-synuclein inuti neuroner i hjärnan, i så kallade Lewy-kroppar samt förlust av dopaminerga neuroner i substantia nigra.Hypotesen som utformats i detta projekt utgick ifrån att mikroflorans sammansättning och interaktioner, medierar miljö- och livsstilsfaktorer vilket leder till utveckling av PD. För att testa hypotesen användes musmodellen C57BL / J6 i vildtyp form samt i transgen form. De transgena formerna bestod av två olika knock-in modeller; en som bär den vilda typen av humant Leucin-Rich-Repeat-Kinase 2 (hLRRK2) och en som bär den vanligaste kaukasiska mutationen av samma protein, G2019S. LRRK2 är ett tyrosin kinas som interagerar med Nucleotide-binding-oligomerization-domain-containing-protein 2 (NOD2), en cytosolisk mikrobpeptidreceptor. Analyser av LRRK2 och NOD2 utfördes på vildtypen av C57BL / J6-möss i specifikt patogenfria (SPF) förhållanden samt på möss som saknar exponering för levande mikrober, så kallade bakteriefria (GF). I de transgena mössen analyserades de genetiskt modifierade LRKK2-proteinerna, hLRRK2 och G2019S, samt NOD2 i möss i SPF förhållanden. Följande vävnader undersöktes; striatum, mellanhjärnan, hippocampus, tunntarmen och tjocktarmen med immunhistokemi (IHC) i kombination med Western blot-analys.Resultaten visade på en betydligt högre uttrycksnivå av LRRK2 i mikrobexponerade möss jämfört med GF möss med undantag för tjocktarmen där resultatet visade det motsatta. Dessutom visade resultaten en trend på lägre uttrycksnivåer av NOD2 i alla analyserade områden i hjärnan med undantag för striatum. För de transgena humana knock-in-LRKK2-proteinerna observerades ökat uttryck av LRKK2 i striatum och tjocktarm jämfört med G2019S, samt reducerat LRKK2 uttryck i mellanhjärnan. Resultaten visar på en stark korrelation mellan LRRK2-uttryck och tarmens mikroflora och implicerar förbättrad förståelse av mikroflorans roll i början och under progression av PD.