The effect of blue light on the Parkinsons disease development in the Drosophila melanogaster model

Parkinson's disease (PD) is the second most common neurodegenerative disorder. It is the subject of many ongoing studies, some of which are aimed at identifying factors that may influence its development in humans. One of these may be blue light, which people are exposed to during daily use of smartphones, computers and televisions. Studies conducted on Drosophila melanogaster show that exposure to this type of radiation can result in shorter life expectancy, motor impairment, altered gene expression levels and neurodegeneration. Work presented here focused on the effects of short, chronic exposure to blue light on the functioning of a Drosophila line that is a model of PD and the wild strain Canton-S. The experimental insects possessed a mutation in the park gene, which is an ortholog of the human Parkin gene, the disruption of which is associated with the occurrence of an autosomal recessive form of PD. Daily exposure to an hour of blue light in the evening was shown to affect Drosophila survival, increasing the lifespan of the wild-type strain, while in individuals modeling PD, the survival curve was completely altered. The use of RealTime qPCR revealed changes in the expression levels of dopamine pathway genes and genes related to the oxidative stress response. Combining immunohistochemical staining with targeted expression of green fluorescence protein, the presence of dopaminergic-glutamatergic neurons in the second visual neuropil of Drosophila was also identified. In vertebrates, neurons producing both dopamine and glutamate are characterized by greater resistance to the neurodegeneration observed during PD than dopaminergic-only cells. The presence of similar neurons in Drosophila opens the possibility of studying their role in the course of PD using this insect as a model organism.

Choroba Parkinsona (PD) jest drugą najczęściej występującą chorobą neurodegeneracyjną. Stanowi ona przedmiot wielu trwających badań, z których część ma na celu identyfikację czynników mogących wpływać na jej rozwój u ludzi. Jednym z nich może być światło niebieskie, na którego działanie ludzie narażeni są podczas codziennego korzystania ze smartfonów, komputerów oraz telewizorów. Badania przeprowadzone na Drosophila melanogaster pokazują, że ekspozycja na tego typu promieniowanie może skutkować krótszą długością życia, upośledzeniem motorycznym, zmianą poziomu ekspresji genów oraz neurodegeneracją. W prezentowanej pracy skupiono się na wpływie krótkiej, chronicznej ekspozycji na działanie światła niebieskiego na funkcjonowanie linii Drosophila stanowiącej model PD oraz szczepu dzikiego Canton-S. Owady eksperymentalne posiadały mutację w genie park, będącym ortologiem ludzkiego genu Parkin, którego zaburzenia związane są z występowaniem autosomalnej recesywnej postaci PD. Wykazano, że codzienna ekspozycja na godzinę światła niebieskiego wieczorem wpływa na przeżywalność Drosophila, zwiększając długość życia szczepu dzikiego, zaś u osobników modelujących PD całkowicie zmieniając przebieg krzywej przeżywalności. Zastosowanie metody RealTime qPCR ujawniło zmiany poziomu ekspresji genów szlaku dopaminowego oraz genów związanych z odpowiedzią na stres oksydacyjny. Łącząc barwienia immunohistochemiczne z ukierunkowaną ekspresją białka zielonej fluorescencji zidentyfikowano również obecność neuronów dopaminergiczno-glutaminianergicznych w drugim neuropilu wzrokowym Drosophila. U kręgowców neurony produkujące zarówno dopaminę jak i glutaminian charakteryzuje większa niż komórki wyłącznie dopaminergiczne odporność na neurodegenerację obserwowaną w czasie PD. Obecność podobnych neuronów u Drosophila otwiera możliwość badania ich roli w przebiegu PD z wykorzystaniem tego owada jako organizmu modelowego.