Characterization of Drosophila melanogaster Manf an evolutionarily conserved neurotrophic factor

Among neurotrophic factors MANF/CDNF family is unique as their protein sequences are evolutionarily conserved between multicellular organisms. Still, little is known about their mechanism of action and interacting molecules. At the time of initiation of this study there were no known neurotrophic factors in invertebrates. According to the protein sequence homology there was an uncharacterized homologue to the novel neurotrophic factor MANF in Drosophila melanogaster. We found that Drosophila Manf (DmManf) is an essential gene in a fruit fly development. DmManf represents a true orthologue to mammalian MANF as its mutant lethality is rescued by human MANF. We have generated DmManf deletion mutant surviving to second instar larval stage with maternal contribution. When the maternal contribution of DmManf is abolished, the mutants die at the end of embryogenesis before hatching. In DmManf mutant the dopaminergic neurites degenerate and the dopamine level is extremely low. Ultrastructural analysis reveals nonapoptotic cell death in the embryonic ventral nerve cord and neuropile decomposition together with cell body glia activation taking place. In secretory cells like gastric caeca or fat body the visible loss of rough endoplasmic reticulum and drastic accumulation of vesicles, some filled with cellular debris, occur. According to microarray expression analysis data, expression of genes involved in vesicular transport and metabolism were altered in DmManf mutants. The expression of several genes implicated in pathology of Parkinson s disease (PD) was also altered. The degeneration of dopaminergic neurons is the hallmark for PD and this thesis work makes an effort to enlighten the mechanisms how the neurotrophic factor MANF protects these degenerating neurons.MANF/CDNF hermokasvutekijäperhe on ainutlaatuinen, koska sen aminohappojärjestys on evoluutiossa hyvin konservoitunut verrattuna toisiin hermokasvutekijäperheisiin. Tiedetään, että MANF ja CDNF pystyvät suojaamaan dopamiinivälitteisiä hermosoluja rotan Parkinsonin taudin mallissa. Dopamiinivälitteisten hermosolujen tuhoutuminen on ominaista Parkinsonin taudille ja siihen ei ole toistaiseksi olemassa parantavaa lääkitystä. Kuitenkin MANF/CDNF-proteiinien tarkka toimintamalli ja yhteistyökumppanit ovat toistaiseksi tuntemattomia. Tämän tutkimuksen alkuvaiheessa selkärangattomilla eläimillä ei tunnettu ainuttakaan hermokasvutekijää. MANF:n proteiinijärjestyksen homologian perusteella löydettiin MANF:n banaanikärpäsvastine, joka osoittautui aiemmin tutkimattomaksi geeniksi Drosophilassa. Banaanikärpäsen Manf:n homologia tutkimalla pyrimme selvittämään yleispäteviä toimintamalleja kyseiselle hermokasvutekijäperheelle. Hyvä esimerkki MANF-perheen korkeasta konservoitumisasteesta evoluutiossa myös toiminnan osalta on koe, jossa pelastetaan Drosophila Manf poistogeenisen banaanikärpäsen elinkyky ihmisen MANF-proteiinia tuottavan siirtogeenin avulla. Tutkimuksissani ilmeni, että Manf on oleellinen myös Drosophilalla dopamiinivälitteisten hermosolujen selviytymisessä ja Manf:n poistogeenisen banaanikärpästoukan dopamiinivälitteiset hermosolut surkastuvat. Vertailemalla muutoksia koko genomin geeniekspression tasolla Manf:n poisto- ja siirtogeenisten banaanikärpästen välillä löysimme joukon Manf:n toiminnalle ominaisia prosesseja sekä ehdokasgeenejä, joita on mahdollista tutkia jatkossa sekä banaanikärpäs- että nisäkäsmalleissa