Drosophila melanogaster ' de Parkin geni ile etkileşen genomik elementleri̇n negatif jeotaksis ifadesi ile saptanması
Identification of the genomic elements interacting with Parkin gene related negative geotaxis in Drosophila melanogaster
Yazar: ÖZGE DÜZGÜN
Danışman: DOÇ. DR. ERGİ DENİZ ÖZSOY
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Genetik = Genetics

Özet:
Parkinson hastalığı, genetik altyapısı henüz aydınlatılamamış nörodejeneratif hastalıklardan biridir ve bir lokomotor sistem bozukluğudur. Birçok hastalıkta olduğu gibi Parkinson hastalığında da Mendel kalıtımı ile açıklanamayan idiyopatik formlar bulunmaktadır. Bu durum çoklu genler ile çevresel etmenlerin Parkinsonu açıklayabileceğini düşündürmektedir. Poligenik kavramı birden fazla genin aynı yolağa olan katkısı anlamına gelmekte ve çoğu durumda bu genler epistazi göstermektedir. Buradan hareketle, tez kapsamında, temelde lokomotor davranış bozukluğu olan Parkinson hastalığının erken başlangıçlı formu ile ilişkilendirilmiş PARK2 geninin, genetik çalışmalarda sıklıkla kullanılan model organizma Drosophila melanogaster' deki ortoloğu olan parkin geninin, epistatik etkileşim ağının keşfi hedeflenmiştir. Parkin ile etkileşen genlerin saptanması sonucunda, Parkinson yolağına ilişkin genetik repertuarın genişletilmesine katkı sağlamak amaçlanmıştır. Bu doğrultuda, lokomotor davranışın yaşa bağlı değişimini saptamak amacıyla, parkin geni mutantı ile bu mutantın kontrolü genomik ilişkilendirmeye olanak tanıyan Drosophila Genetik Referans Paneli (DGRP) soyları ile çaprazlanmıştır. Çaprazlar sonucu oluşan F1 yavru dölleri için, dişi ve erkek olarak, lokomotor davranış bileşeni olan negatif jeotaksis açısından üç farklı yaş grubu (0-15-30 gün yaşı) bakımından fenotipleme gerçekleştirilmiştir. Elde edilen veriler doğrultusunda varyans analizi (ANOVA) yapılarak genotipler arasındaki farkın, girilen genomlar (DGRP) boyunca önemli değişkenlik gösterdiği saptanmıştır. Daha sonra, ANOVA ların gösterdiği istatistiksel açıdan hayli anlamlı bu genotipxgenotip etkileşimleri temelinde genom boyu ilişkilendirme analizi (GWAS) gerçekleştirilmiştir. GWAS sonucunda, yaygın minör SNP alel frekansı temelinde ortaya çıkan ilişkilenmeler açısından en azından bir tanesi p=10-5olan genetik varyantlar seçilmiştir. 3 farklı yaş grubu için toplamda sırasıyla 115, 81 ve 118 SNP ile ilişkilenen genetik varyant tespit edilmiştir. Bu varyantlar arasında bir çok gen bulunduğu tespit edilmiş ve bu genlerin insanda karşılığı olan ortologları ile birlikte görev aldıkları biyolojik süreçler ve moleküler fonksiyonlarının literatür taraması gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar doğrultusunda bulunan genlerin, lokomotor davranış ve Parkinson hastalığında görülen diğer bozukluklar ile ilgili yolaklarda ve Parkinson benzeri hastalıklarla ilişkili sistemlerde görev aldıkları saptanmıştır. Her yaş grubundaki genler ortak yolaklarda rol almalarına karşın, farklı yaş kategorilerinde genellikle farklı genlerin iş gördüğü anlaşılmaktadır. Sonuç olarak, tez kapsamının amacını oluşturan parkin geninin olası epistatik etkileşim ağına önemli bulgular elde edildiği düşünülmektedir. Bu olası ilişkiler ağında rol alan genler arasında, Drosophila lokomotor davranış genetik repertuarını genişleten pek çok yeni gen bulunmakta ve bu genlerin Parkinson hastalığının karmaşık genetiğini anlamaya önemli katkılar sağlayacağı düşünülmektedir.

Abstract:
Parkinson is a neurodegenerative disease and locomotor system failure with largely unknown genetic basis. As with many other diseases, Parkinson has idiopathic forms that cannot be explained by simple Mendelian inheritance. Thus it is thought that many genes might be contributing to Parkinson, which means Parkinson might be a complex disease. When many genes affect the value of a trait has, those genes are usually function in the same pathway or complex of pathways in which case epistasis is the normal functional aspect of the system.
Here in this thesis study, it is aimed at finding the epistasis of a Drosophila locomotor behavior related gene, parkin. This Drosophila gene is an ortholog of the gene, PARK2, which is thought to contribute to the juvenile form of Parkinson disease. The goal of the thesis was, after having found the genes interacting with parkin, to enlarge the genetic repertoire for Parkinson related pathways. At first, a mutant of parkin and its control were crossed with Drosophila Genetic Reference Panel (DGRP) lines. These lines comprise a mapping population and allow genome wide associations of any trait of interest. The F1 offspring obtained from the crosses were phenotyped for a locomotor behavior component, negative geotaxis, for three different age classes (as 0-15- 30 days of ages) for each sex. The negative geotaxis data were then analyzed by ANOVAs and it was found that phenotypic difference between parkin and its control varied significantly across the genomes (DGRPs) into which these genotypes were introduced. This indicated strong epistasis i.e. genetic contributions (genotype x genotype interactions) from across the genome to the phenotypic expression of the parkin. Hence a GWAS was designed, accordingly to assume the parkin-control differences as mean trait values in the model.
Regarding the association threshold of p<0.00001, GWAS resulted in 115, 81 and 118 genetic variants for 3 age classes, respectively. Great majority of these variants are annotated genes with many of them have human orthologs. A datiled literature search for these genes' molecular and biological function shows that they have roles not only in locomotion but in pathways that may be related to Parkinsonism. It is remarkable that although most of the genes detected for each age class seem to be specific for that age class, the pathways in which they are involved are common.
In conclusion, it is thought that the findings of the thesis can significantly contribute to an elucidation of the putative epistatic network in which parkin may be operating. There are many genes in this putative list of the interacting genes that might be new candidates for locomotion in Drosophila and it would not be an overstatement to suggest roles for them in the complex genetics of Parkinson disease.