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Synucleins are highly conserved presynaptic proteins with unknown function. α-synuclein plays a key role regulating dopamine homeostasis and is intimately involved in Parkinson’s disease (PD) pathogenesis. However, the normal/pathological role of α-synuclein remains unidentified. Studies exploring its function are limited as current transgenic mouse models do not fully recapitulate PD pathology. This thesis reports the functional characterisation of two novel synuclein-based mouse models. I report the molecular and functional characterisation of transgenic mouse lines with wild-type or A30P-mutant human α-synuclein genomic locus carried within a bacterial artificial chromosome. SNCA-A30P^+Snca-/- mice exhibited a highly physiologically relevant expression pattern of the transgene, including expression in the substantia nigra pars compacta (SNpc) and a specific, age-related loss of TH^+ cells in the SNpc, the key region of preferential cell loss in PD, compared with non-transgenic Snca -/- littermate controls. Analysis of dopamine signalling using fast-scan cyclic voltammetry (FCV) showed young adult SNCA-A30P^+Snca-/- mice had an approximately 20% lower evoked extracellular dopamine concentration ([DA]o) compared with non-transgenic Snca -/- littermate controls, a decrease specific to the dorsal striatum. This difference diminished with age and could not be attributed to changes in dopamine reuptake/content. I detail the behavioural and neurochemical phenotype in mice lacking all three synucleins (α/β/γ). Functional compensation between synucleins emphasises the importance of studying their effects by removing all three proteins simultaneously. Triple-null mice exhibited hyperactivity in a novel environment reminiscent of a hyperdopaminergic-like phenotype, but showed no phenotype in anxiety or motor related tests. FCV revealed synuclein triple-null mice had a two-fold increase in [DA]o, specific to the dorsal striatum and not attributable to changes in dopamine reuptake/content, changes in striatal nicotinic receptor activity nor calcium-dependent changes in dopamine exocytosis. Together, the analysis from these two novel mouse models reveal synucleins play an important role in altering synaptic function in the dorsal striatum (the region selectively affected in PD) and contributes to growing evidence suggesting synucleins are negative regulators of synaptic dopamine release.

A perda de neurônios dopaminérgicos na substância negra é típica na doença de Parkinson (DP) e resulta em hiperexcitabilidade dos neurônios espinais médios advinda de uma neurotransmissão glutamatérgica corticoestriatal anormal, que pode provocar dentre outros danos, déficits motores característicos da doença. Considerando os efeitos neuroprotetores promovidos pelo exercício físico, o objetivo deste estudo foi observar o impacto do exercício realizado a curto e a longo prazo durante a evolução da lesão por 6-OHDA em ratos. As modificações encontradas nesse estudo podem ser relevantes para o circuito corticoestriatal, uma vez que a plasticidade dependente do exercício é capaz de modular a excitabilidade neuronal, reduzindo a hiperexcitabilidade glutamatérgica encontrada na DP. De forma geral, estes resultados suportam os potenciais efeitos do exercício físico em alterar a conectividade sináptica dos circuitos corticoestriatal e nigroestriatal em uma situação de depleção dopaminérgica, e assim, possivelmente modificar a progressão da doença em indivíduos com DP. / The loss of nigral dopaminergic neurons characteristic of Parkinson\'s disease (PD) is responsible for hyperexcitability of medium spinal neurons resulting in abnormal corticostriatal glutamatergic neurotransmission, which can cause, among other alterations, motor deficits typical of that disease. Considering the neuroprotective effects of exercise, the aim of this study was to observe the impact of short and long-term exercise during evolution of the 6-hydroxy-dopamine (6-OHDA) animal model of PD. The modifications found in this study may be relevant for corticostriatal circuits, since the exercise-dependent plasticity can modulate neuronal excitability by reducing glutamatergic hyperexcitability found in PD. Overall, these results reinforce the potential effects of exercise to change synaptic connectivity of corticostriatal and nigrostriatal circuits in a dopaminergic depletion state, and to possibly modify the progression of the disease in patients with PD.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / A doença de Parkinson (DP) é a segunda doença neurodegenerativa mais frequente, depois da doença de Alzheimer, com uma incidência de aproximadamente 3,3% na população brasileira acima dos 60 anos. Ela é caracterizada por uma perda dos neurônios dopaminérgicos da parte compacta da substância negra e pela presença de inclusões protéicas intracelulares denominadas corpúsculos de Lewy nos neurônios sobreviventes. A DP tem uma etiologia complexa que envolve interações genes-ambiente e múltiplos genes de susceptibilidade. Nesse contexto, mutações de perda de função no gene da glicocerebrosidase (GBA) têm sido bem validadas como importantes fatores de risco para a DP. Esse gene está localizado na região 1q21 e compreende 11 exons que codificam a enzima lisossômica glicocerebrosidase. O principal objetivo deste estudo foi investigar se alterações no gene GBA constituem um fator de predisposição para o desenvolvimento da DP na população brasileira. Para isso, um grupo de 126 pacientes brasileiros, não-aparentados, com DP (24 casos familiares e 102 isolados; idade média 66,4 11,4) foram analisados para mutações no GBA através do seqüenciamento completo de todos os exons e alguns íntrons. Sete alterações e um alelo recombinante, anteriormente encontrados em pacientes com a DP analisados em outros estudos, foram detectados (K(-)27R, IVS2+1G>A, N370S, L444P, T369M, A456P, E326K e RecNciI), assim como, uma variante nunca antes identificada associada à DP (G325G) e uma nova mutação (W378C), num total de 18 pacientes (14,3%). Além disso, foram encontradas três alterações intrônicas (c.454+47G>A, c.589-86A>G e c.1225-34C>A), que constam do banco de SNPs, entretanto, não foram associadas a nenhuma doença. Dentre todas as variantes identificadas, três são comprovadamente patogênicas (IVS2+1G>A, L444P e N370S) e foram encontradas em 5,5% da amostra, não sendo detectadas na amostra controle, indicando uma freqüência significativamente alta dessas mutações em pacientes com DP quando comparadas aos controles (P=0,0033). Esses resultados reforçam a associação entre o gene GBA e a DP na população brasileira, além de apoiar a hipótese de que alterações nesse gene representam um importante fator de susceptibilidade ao desenvolvimento da DP / Parkinsons disease is the second most common neurodegenerative disorder, after Alzheimers disease, with an incidence of 3.3% in Brazilian population over the age of 60 years. Its characterized by the degeneration of dopaminergic neurons within the substantia nigra pars compacta and the presence of intracellular protein inclusions called Lewy bodies in the surviving neurons. PD has a complex etiology which may involve gene-environment interactions and multiple susceptibility genes. In this context, loss-of-function mutations in the glucocerebrosidase gene (GBA) have been well-validated as important susceptibility factors for PD. This gene is located on 1q21 and comprises 11 exons that encode them lysosomal enzyme glucocerebrosidase. The main objective of our study was to investigate if alterations in the GBA gene constitute a predisposing factor for the development of PD in the Brazilian population. For this, a Brazilian cohort of 126 unrelated PD patients (24 familial and 102 sporadic cases; mean age: 66.4 11.4) were screened for GBA mutations by complete sequencing of the genes exons and some introns. Seven alterations and one recombinant allele, previously found in PD patients performed in other studies, were detected (K(-)27R, IVS2+1G>A, N370S, L444P, T369M, A456P, E326K e RecNciI), as well as, a variant never identified in PD patients (G325G) and one newly identified variant (W378C), in a total of 18 patients (14.3%). In addition, were found three intronic changes (c.454 +47 G>A, c.589- 86A>G and c.1225-34C>A), which are present in the database of SNPs, however, were not associated with any disease. Among all the variants identified, three are proven pathogenic (IVS2 +1 G>A, N370S and L444P) and were found in 5.5% of the sample and not detected in the control sample, indicating a significantly higher frequency of these mutations in patients with PD compared to controls (P = 0.0033). Our results, have strengthened the association between the GBA gene and PD in the Brazilian population, in addition to support the hypothesis that alterations in this gene represent a significant genetic susceptibility factor for the development of PD

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / A doença de Parkinson (DP) é a segunda doença neurodegenerativa mais frequente, depois da doença de Alzheimer, com uma incidência de aproximadamente 3,3% na população brasileira acima dos 60 anos. Ela é caracterizada por uma perda dos neurônios dopaminérgicos da parte compacta da substância negra e pela presença de inclusões protéicas intracelulares denominadas corpúsculos de Lewy nos neurônios sobreviventes. A DP tem uma etiologia complexa que envolve interações genes-ambiente e múltiplos genes de susceptibilidade. Nesse contexto, mutações de perda de função no gene da glicocerebrosidase (GBA) têm sido bem validadas como importantes fatores de risco para a DP. Esse gene está localizado na região 1q21 e compreende 11 exons que codificam a enzima lisossômica glicocerebrosidase. O principal objetivo deste estudo foi investigar se alterações no gene GBA constituem um fator de predisposição para o desenvolvimento da DP na população brasileira. Para isso, um grupo de 126 pacientes brasileiros, não-aparentados, com DP (24 casos familiares e 102 isolados; idade média 66,4 11,4) foram analisados para mutações no GBA através do seqüenciamento completo de todos os exons e alguns íntrons. Sete alterações e um alelo recombinante, anteriormente encontrados em pacientes com a DP analisados em outros estudos, foram detectados (K(-)27R, IVS2+1G>A, N370S, L444P, T369M, A456P, E326K e RecNciI), assim como, uma variante nunca antes identificada associada à DP (G325G) e uma nova mutação (W378C), num total de 18 pacientes (14,3%). Além disso, foram encontradas três alterações intrônicas (c.454+47G>A, c.589-86A>G e c.1225-34C>A), que constam do banco de SNPs, entretanto, não foram associadas a nenhuma doença. Dentre todas as variantes identificadas, três são comprovadamente patogênicas (IVS2+1G>A, L444P e N370S) e foram encontradas em 5,5% da amostra, não sendo detectadas na amostra controle, indicando uma freqüência significativamente alta dessas mutações em pacientes com DP quando comparadas aos controles (P=0,0033). Esses resultados reforçam a associação entre o gene GBA e a DP na população brasileira, além de apoiar a hipótese de que alterações nesse gene representam um importante fator de susceptibilidade ao desenvolvimento da DP / Parkinsons disease is the second most common neurodegenerative disorder, after Alzheimers disease, with an incidence of 3.3% in Brazilian population over the age of 60 years. Its characterized by the degeneration of dopaminergic neurons within the substantia nigra pars compacta and the presence of intracellular protein inclusions called Lewy bodies in the surviving neurons. PD has a complex etiology which may involve gene-environment interactions and multiple susceptibility genes. In this context, loss-of-function mutations in the glucocerebrosidase gene (GBA) have been well-validated as important susceptibility factors for PD. This gene is located on 1q21 and comprises 11 exons that encode them lysosomal enzyme glucocerebrosidase. The main objective of our study was to investigate if alterations in the GBA gene constitute a predisposing factor for the development of PD in the Brazilian population. For this, a Brazilian cohort of 126 unrelated PD patients (24 familial and 102 sporadic cases; mean age: 66.4 11.4) were screened for GBA mutations by complete sequencing of the genes exons and some introns. Seven alterations and one recombinant allele, previously found in PD patients performed in other studies, were detected (K(-)27R, IVS2+1G>A, N370S, L444P, T369M, A456P, E326K e RecNciI), as well as, a variant never identified in PD patients (G325G) and one newly identified variant (W378C), in a total of 18 patients (14.3%). In addition, were found three intronic changes (c.454 +47 G>A, c.589- 86A>G and c.1225-34C>A), which are present in the database of SNPs, however, were not associated with any disease. Among all the variants identified, three are proven pathogenic (IVS2 +1 G>A, N370S and L444P) and were found in 5.5% of the sample and not detected in the control sample, indicating a significantly higher frequency of these mutations in patients with PD compared to controls (P = 0.0033). Our results, have strengthened the association between the GBA gene and PD in the Brazilian population, in addition to support the hypothesis that alterations in this gene represent a significant genetic susceptibility factor for the development of PD

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