Drosophila PARK8(DPARK8) gene is a Drosophila homologue of human LRRK2 whose mutation causes autosomal dominant parkinsonism. DPARK8 gene consists of 7056 nucleotides with twelve exons and encodes 2351 amino acids protein containing ankyrin, LRR, ROC, and kinase domains conserved with its mammalian counterpart. Here, I generated and characterized a loss-of-function mutant and gain-of-function mutants for DPARK8 to investigate its physiological function. By using piggy bag transposable element insertion mutant as a loss-of-function mutant, immunohistochemistry and behavioral assays were applied. The defects in the gross structure of the neuromuscular system were not observed while fertility and fecundity were significantly reduced in the mutant females, which became severer with age. Also, the motor abilities of this mutants quantified by climbing assay were markedly decreased compared to wild type controls. Then, I examined the mitochondrial structures, muscle actin fibre arrays and the number of TH-positive neurons to further characterize the mutant phenotypes, but no significant defects were observed. In addition, overexpression of $DPARK8^{WT}$ and $DPARK8^{KR}$ by gmr-GAL4 and elav-GAL4 drivers caused degenerated eye phenotype and defective wing and incomplete cuticle formation, respectively.
Taken together, using Drosophila system, I developed invaluable tools to study the pathogenic mechanism behind autosomal dominant parkinson’s disease (AD-PD) and established novel readout for future studying of parkinsonism.
LRRK2는 autosomal dominant parkinsonism의 원인 유전자로 알려져 있으며, LRR, ROC, kinase domain을 가지는 ROCO 단백질 family 중 하나이다. 지금까지 거의 밝혀진 바 없는 autosomal dominant parkinsonism에 관한 생체 수준의 연구를 위하여 LRRK2에 해당하는 초파리 유전자 (DPARK8)을 찾아내어 생화학적, 유전학적 방법으로 그 기능을 연구하였다. DPARK8 유전자는 암수 모두 머리에서 가장 많이 발현되었고, DPARK8 단백질은 세포 내에서 미토콘드리아를 제외한 세포질에 분포하였다. 유전학적인 접근을 위하여 DPARK8 유전자가 결여된 초파리 돌연변이주를 찾아내었고, DPARK8 단백질과 DPARK8의 기능상실 단백질을 과발현 할 수 있는 형질전환 초파리를 제작하였다. DPARK8 돌연변이 초파리에서는 파킨슨병의 가장 큰 특징인 도파민성 신경세포의 사멸은 관찰되지 않았고, 중추신경계의 구조 역시 정상초파리에 비해 다른 점을 발견할 수 없었다. 비행근육의 구조 및 신경계와 근육의 연결 양상 역시 정상초파리에 비해 큰 차이점을 발견하지 못하였다. DPARK8 돌연변이 초파리 암컷은 시간 당 낳은 알의 개수가 현저히 줄었으며 낳은 알이 애벌레로 깨어나는 빈도 역시 눈에 띄게 감소하였다. 게다가 운동능력 또한 정상 초파리에 비하여 크게 감소했다는 사실을 관찰하였다. 눈에서 DPARK8이 과발현된 초파리는 광수용체 세포의 배열이 망가진 것을 관찰할 수 있었고, 흥미롭게도 신경세포 특이적으로 DPARK8의 kinase 상실 단백질이 과발현된 초파리는 날개형성이 완전히 이루어지지 못하였고, 표피세포 발생이 완성되지 않음을 발견하였다. 이상의 연구를 통하여 앞으로의 생리학적 기능을 밝히는데 있어 큰 가치를 지니는 모델 시스템을 구축하였으며, 깊이 있는 연구를 위한 새로운 모델을 제시하였다.