Participation of mitochondria in circadian synaptic plasticity in brain of Drosophila melanogaster

Mitochondria are organelles which play an essential role in synaptic plasticity. They produce energy in the form of ATP, regulate calcium level and are important for neuronal growth. Thereby they make a contribution in controlling release of neurotransmitters in synapses. They are present in presynaptic as well as in postsynaptic site of all synapses of Drosophila melanogaster. In this study the impact of silencing mitochondrial genes park2 and mul1 on longevity circadian plasticity of synapses in the lamina optic has been examined. In addition, total locomotor activity and sleep disorders of flies which genes park2 and mul1 were silencing in neurons and glia cells have been analysed. Park2 encode Parkin protein, both Parkin and Mul1 take part in maintenance of mitochondrial homeostasis and are responsible for mitofagy. Recently, it was shown that in these proteins are involved in Parkinson’s disease. The behavioural tests carried out in this study showed that flies with silenced park2 and mul1 genes have reduced ability to climb and their total locomotor activity level is clearly reduced in comparing with control. Moreover, the flies showed the increased level of mortality, even on the beginning of their life and shortened lifespan. Additionally, the obtained results showed that males can suffer from sleep disorders. Sleep during the day and night is lengthen especially in flies with silenced park2 genes in neurons and glia cells. Circadian plasticity of synapses was examined by analyzing the level of the presynaptic protein Synapsin and postsynaptic protein Disc large1. However, in flies after park2 and mul1 silencing there were not statistically significant in the level of this protein comparing with control. The obtained results showed an impact of mitochondrial dysfunctions on neurodegenerative processes in D. melanogaster and behavioural changes in this model of Parkinson’s disease.

Mitochondria są organellami pełniącymi istotną rolę w plastyczności synaptycznej. Wytwarzają energię w postaci ATP, regulują poziom jonów wapnia a także czynników wzrostu neuralnego i tym samym przyczyniają się do regulacji uwalniania neuroprzekaźników w synapsie. Występują zarówno w części pre- jak i postsynptycznej wszystkich synaps Drosophila melanogaster. W niniejszej pracy badano wpływ wyciszenia genów mitochondrialnych park2 i mul1 na plastyczność okołodobową synaps tetradycznych płytki lamina (pierwszy neuropil płata wzrokowego mózgu) oraz na długość życia, aktywność lokomotoryczną i zaburzenia snu muszek z wyciszeniem powyższych genów w neuronach i w komórkach glejowych. Badane geny kodują białka Parkinę (park2) oraz Mul1, które biorą udział w zapewnieniu homeostazy mitochondriów poprzez degradację uszkodzonych mitochondriów na drodze mitofagii. Ostatnie badania wykazały, że mutacje, m.in. genów kodujących te białka obserwuje się u osób chorych na chorobę Parkinsona. Przeprowadzone testy behawioralne wykazały, że muszki z wyciszeniem park2 i mul1 charakteryzują się zmniejszoną zdolnością do wspinaczki, a ich całkowita aktywność lokomotoryczna jest wyraźnie mniejsza w porównaniu do kontroli. Ponadto muszki te wykazują zwiększoną śmiertelność już na początku życia, a te które przeżywają żyją krócej niż osobniki szczepu stanowiącego kontrolę. Dodatkowo otrzymane wyniki pokazały, że samce mają zaburzony sen. Całkowita długość snu zarówno w dzień jak i w nocy wydłuża się, szczególnie u osobników z wyciszeniem park2 w neuronach, a także w komórkach glejowych. Okołodobową plastyczność synaptyczną badano analizując poziom białka Synapsyna, które występuje w części presynaptycznej synaps oraz białka postsynaptycznego Disc large1. Otrzymane wyniki potwierdziły dobowy rytm tych białek synaptycznych, jednak nie uzyskano istotnie statystycznie różnic w ilości badanych białek u muszek z wyciszeniem park2 i mul1 a kontrolą. Przeprowadzone badania wykazały udział mitochondriów w procesach neurodegeneracyjnych u D. melanogaster oraz zmiany behawioralne w tym modelu choroby Pakinsona.