Rola czynnika neurotroficznego MANF w komórkach glejowych Drosophila melanogaster

MANF to niedawno odkryty konserwatywny ewolucyjnie czynnik neurotroficzny, który w układzie nerwowym odpowiada za prawidłowy rozwój i funkcjonowanie neuronów dopaminergicznych. Białko to jest niezbędne zarówno w trakcie rozwoju układu nerwowego w embriogenezie, jak i u dorosłych osobników. Funkcjonalny ortolog dla ludzkiej formy białka MANF (HsMANF) u Drosophila melanogaster - DmMANF, występuje we wszystkich stadiach rozwojowych owada. W układzie nerwowym w okresie larwalnym jego ekspresja ogranicza się tylko do ciał komórkowych i wypustek komórek glejowych, natomiast u osobników dorosłych białko to jest obecne także w perikarionie neuronów, ale nie w ich wypustkach. Wysoki poziom DmMANF w mózgu osobników dorosłych wykazują komórki gleju powierzchniowego, do którego należy glej perineurium i subperineurium. Tworzy on barierę hemolimfa-mózg wokół mózgu owada oddzielającą go częściowo od hemolimfy, podobną do bariery krew-mózg u ssaków. Niedawno wykazano, że w komórkach perineurium funkcjonuje molekularny zegar okołodobowy, który zalicza się do zegarów peryferycznych. Zegar ten reguluje okołodobowe oscylacje poziomu przepuszczalności tej bariery. W niniejszej pracy za pomocą systemu GAL4/UAS szczepów transgenicznych D. melanogaster wywołano nadekspresję, wyciszenie i wzmocnione wyciszenie ekspresji genu DmManf specyficznie w komórkach gleju perineurium. Badania behawioralne wykazały, że nadekspresja białka DmMANF w gleju perineurium powoduje zmniejszenie szczytów aktywności lokomotorycznej o świcie i o zmierzchu, oraz skrócenie snu w fazie jasnej (dzień) w warunkach LD 12:12. Wyciszenie ekspresji DmManf powoduje również skrócenie snu w fazie jasnej w warunkach LD 12:12. Natomiast wzmocnione wyciszenie ekspresji genu DmManf w badanym typie gleju powoduje zwiększenie poziomu aktywności lokomotorycznej w warunkach LD 12:12 i DD, oraz zwiększenie szczytów aktywności i skrócenie snu w fazie ciemnej w warunkach LD 12:12. Nadekspresja białka DICER-2 w gleju perineurium powodowała natomiast utratę rytmu aktywności lokomotorycznej. Przeprowadzone badania wykazały wpływ poziomu białka DmMANF w komórkach gleju perineurium na fenotyp behawioralny D. melanogaster oraz udowodniły rolę gleju perineurium w utrzymaniu rytmu aktywności lokomotorycznej tego organizmu modelowego.

MANF is a recently discovered evolutionary conserved neurotrophic factor, which plays a key role in development and maintenance of dopaminergic neurons in the nervous system. This protein is essential during embryonic development of the nervous system and in neuroprotection in adults.In Drosophila melanogaster the functional ortholog DmMANF of human form of MANF (HsMANF) is present in all developmental stages. In larvae its expression in the nervous system is limited to glial cell body and processes, whereas in adults this protein is also present in neuron somata but not in processes. High level of DmMANF in the Drosophila adult brain is present in the surface glia, which consists of perineurial and subperineurial glia. These cells form the hemolymph-brain barrier which isolates it from the hemolymph and is functionally similar to brain-blood barrier in mammals. Recently it was reported, that there is a functioning molecular circadian clock in perineurial cells. This peripheral clock regulates circadian oscillations of permeability of the barrier. In the present study using GAL4/UAS system of transgenic lines of D. melanogaster, DmManf expression was overexpressed or silenced specifically in perineurial glia. Behavioral studies showed, that overexpression of DmManf in perineurial glia causes the reduction of locomotor activity peaks in dawn and twilight, and shortening duration of sleep in light phase (day) in LD 12:12 conditions. Silencing of DmManf expression caused also sleep shortening in light phase in LD 12:12. Enhanced silencing of DmManf expression in the given type of glia increased locomotor activity level in LD 12:12 and DD conditions, increased activity peaks and shorten sleep in the dark phase in LD 12:12. On the other hand, the overexpression of DICER-2 protein in perineurial glia, used to enhance silencing, also caused loss of locomotor activity rhythm. The obtained results demonstrate results that DmMANF in the perineurial glia cells affects D. melanogaster behavior and proved the role of perineurial glia in maintenance of locomotor activity rhythm of this model organism.