Parkin, encoding E3 ubiquitin-ligase is linked to Autosomal Recessive Juvenile Parkinsonism (AR-JP). The locomotive defects in Parkinson’s disease patients are known to be due to the selective loss of dopaminergic (DA) neurons. Here, I generated P-element inserted Dparkin null flies with abnormal wing posture and lower climbing ability. Intriguingly, I observed apoptotic phenotypes in Dparkin mutant indirect flight muscle (IFM), including mitochondrial swelling and TUNEL- positive nuclei. Dparkin mutant also showed elaborate branching of motor neurons on IFM. Using GAL4 system, I showed that Dparkin deficiency in DA neurons was responsible for IFM apoptosis. Meanwhile, elaborate neuronal branching, which was alleviated by pan-neuronal expression of exogenous Parkin, failed to be restored by either DA neuronal or muscle expression of exogenous Parkin. Moreover, Dparkin mutant showed reduced pre-synaptic vesicle protein (CSP)-positive signals on IFM, suggesting that Dparkin has a neuronal growth regulatory role at the neuro muscular junction (NMJ) by affecting synaptic transmission. Collectively, I demonstrate that Dparkin has essential roles in both muscle cell survival and motor neuronal branching control, strongly supporting the importance of Parkin in neurodegenerative movement disorder of Parkinson’s disease.
Parkin은 Autosomal Recessive Juvenile Parkinsonism 의 원인 유전자로E3 ubiquitin ligase이다. 도파민 뉴런 결함에 따른 도파민 양의 감소가 환자에서 보이는 운동성 결함의 원인으로 알려져 있다. 기존의 연구들이 가졌던 한계점들을 극복하기 위해서 본 연구에서는 초파리의 Parkin 돌연변이주를 찾아내어 유전학적 방법을 통하여 생체 내에서의 기능을 추적하였다. 초파리 Parkin이 결여된 돌연변이 초파리에서 변화된 날개 위치와 운동성 결함 등을 발견하였다. 게다가 이런 결함을 보이는 Parkin 돌연변이의 날기를 관장하는 근육인 indirect flight muscle 에서 mitochondria swelling을 관찰할 수 있었다. 나아가 Parkin 돌연변이주의 indirect flight muscle에서 세포사멸을 관찰하였다. 도파민 뉴런에서만 특정하게 Parkin을 발현함으로써 도파민 뉴런의 결함을 완화하면 근육에서의 세포사멸 역시 완화되는 것을 관찰함으로, 도파민 뉴런이 어떤 경로를 통해서 근육의 survival을 관장함을 알 수 있었다. 다음 단계로 세포 사멸이 일어나는 근육에서의 시냅스의 분포나 발생을 조사하였는데, 개개의 시냅스 형태에는 결함이 없었으나 근육에 분포하는 운동 신경의 잔가지가 Parkin 돌연변이주에서 늘어난 것을 관찰하였다. 게다가 presynaptic vesicle marker 인 CSP level이 감소한 것으로 보아 synaptic transmission에 변화가 생겨 잔가지가 늘어났을 가능성을 제시한다. 요컨데, 이 결과들은 운동성 질환인 파킨슨 병의 분자적인 메커니즘을 보여주었다.
