Identifying therapeutic targets and causes of dopaminergic neuronal degeneration using C. elegans high-throughput genetic approaches

Å forstå de molekylære mekanismene som er ansvarlige for nevrodegenerative sykdommer, som Parkinsons sykdom, er et område med aktiv etterforskning. Foreløpig er ingen sykdomsmodifiserende inngrep tilgjengelige, kun symptomatiske behandlinger. Bruken av små dyr til å studere neurodegenerativ sykdom, muliggjør rask oppdagelse og tillater genetiske manipulasjoner som ville være vanskelige i pattedyrsmodeller. I dette arbeidet brukte vi C. elegans til å studere dopamin-produserende nerveceller, som hovedsakelig påvirkes av Parkinsons sykdom. C. elegans er en liten, gjennomsiktig nematode som er egnet for høykapasitetsmetoder, med et enkelt nervesystem som er konservert på nivået av genuttrykk og patologi med mennesker. Denne studien benyttet også en mutasjon i et gen som koder for en transient reseptor potential (TRP) kanal. Hos dyr med denne genmutasjonen blir dopamin-produserende nerveceller gradvis nedbrutt med alderen. Vårt mål var å oppdage nevrobeskyttende genmutasjoner ved hjelp av TRP-kanalmodellen for nevrodegenerasjon. I løpet av prosjektets siste år har screening ført til identifisering av flere gener som er involvert i kanalfunksjon og transport. Vi fant at når disse genene er mutert, forhindrer de nevronskader og dermed fører til økt overlevelse av nerveceller. Disse funnene er av særlig betydning for forskningfeltet nevrodegenerasjon, men også for å forstå funksjonen til TRP-kanaler generelt, som spiller en viktig rolle i regulering av sensoriske funksjoner hos mennesker. Tilslutt kom vårt team frem til viktige og uventede funn knyttet til hvordan miljø, og mer spesifikt typen bakterier som bor i mage-tarmkanalen, påvirker nevrodegenerasjon. Dette nye spennende forskningsområdet vil kunne gi ny innsikt innen mage-hjerneinteraksjoner og har potensiale til å få umiddelbar innvirkning på prognose og terapi.

Parkinson's Disease, characterized by the progressive degeneration of dopaminergic neurons, afflicts millions of people. Yet, no effective therapeutic strategies are available. This work uses Caenorhabditis elegans to study dopaminergic degeneration. C. e legans is a small nematode, highly amenable to genetics and high-throughput approaches, with a simple nervous system that is highly conserved at the level of gene expression and pathology with humans. This study also utilizes a mutant in a Transient Recep tor Potential (TRP) channel, trp-4(d), in which dopaminergic neurons properly develop but later on progressively degenerate. OBJECTIVES: 1. Understand the molecular mechanisms of dopaminergic neurodegeneration 2. Identify potential therapeutic targets 3. Uncover novel causes of neuronal cell death STRATEGIES: 1. We will use a candidate approach to investigate which of the known cell death pathways (apoptosis, autophagy, necrosis) mediate trp-4(d) dopaminergic degeneration. 2. We will use an unbiased 'for ward genetic screening' approach, i.e. use trp-4(d) mutants and target the genomes with mutagens to identify genes that when mutated, stop dopaminergic cell death. High-throughput genetic technology (automated screening and Whole Genome Sequencing) will b e employed for rapid mutant isolation and identification. Characterization of the retrieved genes will elucidate molecular mechanisms that block dopaminergic degeneration. 3. We will use similar high-throughput genetic screening approaches to find more ge nes like trp-4(d), that when mutated have detrimental effect to the survival of DA neurons either in isolation or in the presence of known Parkinsonism genes. IMPACT The expected outcomes are of high medical significance and relevance to human neurodegene rative conditions. The proposed work, employing state of the art methodology, will not only enhance Norwegian competitiveness in disease related research but also contribute to Norwegian technological exc