Elucidating the link between oxidative stress and neurodegeneration by merging plant, zebrafish and human research approaches

I dette prosjektet har vi hatt fem hovedmål. 1) Å forstå mekanismen av DJ-1 i Parkinsons sykdom, 2) Undersøke funksjonen av LRRK2 i zebrafisk og nerveceller på proteome nivå, 3) Forstå hvordan alfa-synuclein forandrer seg på det cellulære nivå i Parkinson´s sykdom, 4) Undersøke mekanismen av PARK13, og 5) Undersøke microRNA effekter i Parkinson´s sykdom. I forhold til hovedmål 1 har vi vist at DJ-1 kan binde kopper og kvikksølv og at denne bindingen har en effekt på den toksiske effekten av proteinet. Dette var publisert i Journal of Biological Chemistry i 2013. Vi har videre løst den tre dimensjonalle strukturen av DJ-1 og vist at DJ-1 binder kobber gjennom en cysteine 53 amino syre når proteinet er som en dimer. Dette var publisert i Journal od American Chemical Society i 2013. Vi har videre vist at DJ-1 finnes i forkjellige deler av nerveceller og at transporten av DJ-1 i nerveceller er basert på homodimer og heterodimer formasjon. Dette var publisert i Molecular and Cellular Biology i 2014. I hovedprosjekt 2 har vi vist at LRRK2 i zebrafisk spiller en viktig rolle i nyre funksjon og nervecelle død. Dette ar litt provisionally accepted i Journal of Nueorscience Research. Vi har videre vst at LRRK2 nedregulering og LRRK2 G2019S mutasjonen har en stor effekt på sentrale Parkinson´s sykdom proteiner. Disse to artikkelen skal sendes in i Desember 2015. I hovedprosjekt 3 har vi vist at synuclein finnes i forskjellige former i forskjellige deler av nerveceller og at noen av disse formene forandrer seg i Parkinson´s sykdom. Vi har vist at noen av disse formene er spesifikke for Parkinson´s sykdom. Disse formene har blitt opprenset og skal nå settes tilbake i zebrafisk celler for å undersåke toksiske effekter. Det første manuskriptet er i review i Journal of Biologcal Chemistry. I hovedprosjekt 4 har vi vist at PARK13 har en effekt på termotoleranse i planter og at PARK13 kan nedbryte synuclein og DJ-1. Dette var publisert i Journal of Biological Chemistry. Vi har videre vist at PARK13 og PINK1 fungerer i samme biokjemiske kjede hvor oksidativt stress påvirker lokaliseringen av disse proteinene. Dette var publisert i Journal of Neuroscience Research. I hovedprosjekt 5 har vi vist at to microRNA har en effekt på LRRK2 og synuclein og at disse mmikroRNAene påvirker protein forkjeller i nerveceller. Dette har blitt publisert i PlosONE. Vi har videre vist i store pasientgrupper at mikroRNA kan brukes som biomarkører. dette vil bli sendt til Proceedings of National Academy of Sciences USA i desember 2015.

Parkinsons Disease (PD) represents a multifaceted neurodegenerative disorder characterized by extensive loss of dopaminergic neurons in the substantia nigra linked to excess oxidative stress. Several genes are linked to familial PD including DJ-1 which ca uses early-onset PD. Despite intense research the precise cause, mechanisms and disease progression are unclear. Likewise, no efficient PD prognostic biomarkers are available nor a cure. In this proposal we will dissect the DJ-1 protein complex mode of ac tion and brain characteristics in response to oxidative stress and PD states. To date PD research efforts have focused on the use of single or dual model systems. We take a unique approach combining several complementary models including plant cells, mam malian neuronal cells, and brains from zebrafish and humans. Using all systems in concert we employ overlapping but also unique methodologies to demonstrate DJ-1 mode of action and its consequence on brain characteristics. We expect to generate data that will not be achievable using single models and thereby contribute significantly to the overall understanding of PD. Specifically we will solve the DJ-1 protein complex structure, define DJ-1 mode of action, identify/characterize novel DJ-1 associated pro teins, identify/characterize DJ-1 post-translational modifications, establish zebrafish as a PD model, and map/characterize the brain proteome/ metabolome in response to oxidative stress and PD. The project is highly interdisciplinary with several elemen ts. To overcome potential R&D challenges we have estabslihed an 11 partner national and international network which will contribute expertise within the different elements. The anticipated value and applications of the project are: i) Extend our understa nding of PD onset, mechanism and progression, ii) Demonstrate the value of combining complementary models to understand disease, and iii) Generate findings for new PD biomarker design and disease management