Spinal circuitry for ventilatory control and compensation
用于通气控制和补偿的脊髓回路
基本信息
- 批准号:10155606
- 负责人:
- 金额:$ 34.78万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2019
- 资助国家:美国
- 起止时间:2019-05-01 至 2024-04-30
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:ALS patientsAmyotrophic Lateral SclerosisAtelectasisBehaviorBrain StemBreathingCause of DeathCervicalChestChronicCommunication impairmentDataDiseaseDisease ProgressionElectromyographyExerciseFailureFinancial compensationFoundationsFunctional disorderGlutamatesGoalsHealthImpairmentInjuryLateralLeadLifeLocationLumbar spinal cord structureMeasurementMechanical ventilationMedialMolecularMolecular ProfilingMotorMotor NeuronsMusMuscleMuscle functionNerve DegenerationNeuromuscular DiseasesNeuronsPatientsPatternPharmacologyPlayPreventionRabies virusRespiration DisordersRespiratory DiaphragmRespiratory FailureRespiratory MusclesRespiratory Tract InfectionsRestRoleSignal PathwaySleepSpinalSpinal CordSpinal cord injuryTestingTherapeuticTransgenic OrganismsViralWorkcostdesigner receptors exclusively activated by designer drugsexperimental studyhazardimprovedmad itch virusmolecular subtypesmotor neuron degenerationmouse modelneural circuitneuroregulationnovel strategiesprematurepreventrecruitrespiratorytherapy developmentventilation
项目摘要
Crone, S. A.
Project Summary
The proposed studies investigate the role of spinal V2a neurons in the control of auxiliary (non-
diaphragmatic) respiratory muscles (ARMs) for inspiration. These muscles are normally used to increase
ventilation during exercise, but they are also used to augment diaphragm function after injury or disease. Despite
the importance of ARMs for enhancing ventilation or compensating for loss of diaphragm function, little is
known about the neural circuits that drive their activity in either health or disease. ARM activity increases
ventilation in ALS model mice at early disease stages, but there is a central deficit that prevents activation of
ARMs for breathing at late disease stages, despite the fact that these muscles are active and functional for
voluntary behaviors. Either increasing (through Gq signaling pathways) or decreasing (through Gi signaling
pathways) the excitability of V2a neurons is able to increase ARM activity at rest in healthy and ALS model mice.
Thus, these neurons are a potential target to increase ARM activity and ventilation in patients with ALS, other
neuromuscular diseases, or spinal cord injury. However, the V2a class of neurons appears to be composed of
subtypes that play distinct roles in the control of breathing. In order to develop therapies to improve breathing
by altering the activity, preventing degeneration, or replacing degenerated V2a neurons, it is necessary to
determine the location and molecular subtypes of V2a neurons that impact ventilation and to understand their
specific roles. Aim 1 will use transgenic and viral strategies to increase excitability, decrease excitability, or ablate
V2a neurons in cervical, thoracic, or lumbar spinal cord to identify how respiratory muscle activity is regulated
by V2a neurons at different segmental levels. Aim 2 will investigate the molecular diversity of V2a neurons within
the cervical cord by investigating differences in connectivity and function within respiratory circuits of a medial
V2a subtype and a lateral V2a subtype. Aim 2 will also asses the effects on ventilation of altering excitability of
only V2a neurons with direct excitatory connections to respiratory motor neurons. Aim 3 will assess the long-
term impact that degeneration of V2a neurons has on breathing by prematurely ablating cervical V2a neurons in
a mouse model of ALS. The potential benefit (and hazards) of chronically increasing the excitability of V2a
neurons on ARM activity, motor neuron degeneration, and ventilatory health in ALS model mice will also be
assessed. By accomplishing these aims, we will pinpoint the location, molecular identity, and connectivity of
spinal V2a neurons that pattern respiratory muscle activity as well as assess the potential of pharmacologically
altering the excitability of V2a neurons to improve breathing in a mouse model of ALS.
克罗恩,S.A.
项目概要
拟议的研究调查了脊髓 V2a 神经元在控制辅助(非
膈肌)呼吸肌(ARM)以获取灵感。这些肌肉通常用于增加
运动期间的通气,但它们也可用于增强受伤或疾病后的膈肌功能。尽管
ARM 对于增强通气或补偿膈肌功能丧失的重要性,人们却知之甚少。
了解在健康或疾病中驱动其活动的神经回路。 ARM 活动增加
ALS 模型小鼠在疾病早期阶段的通气,但存在中枢缺陷,无法激活
尽管这些肌肉在疾病晚期阶段仍处于活跃状态并具有功能性,但用于呼吸的手臂
自愿行为。增加(通过 Gq 信号通路)或减少(通过 Gi 信号通路)
途径)V2a 神经元的兴奋性能够增加健康小鼠和 ALS 模型小鼠静息时的 ARM 活性。
因此,这些神经元是增加 ALS 和其他患者 ARM 活动和通气的潜在目标。
神经肌肉疾病,或脊髓损伤。然而,V2a 类神经元似乎由
在呼吸控制中发挥不同作用的亚型。为了开发改善呼吸的疗法
通过改变活性、防止变性或替换变性的 V2a 神经元,有必要
确定影响通气的 V2a 神经元的位置和分子亚型并了解其
具体角色。目标 1 将使用转基因和病毒策略来增加兴奋性、降低兴奋性或消融
颈椎、胸椎或腰椎脊髓中的 V2a 神经元可识别呼吸肌活动的调节方式
由不同节段水平的 V2a 神经元组成。目标 2 将研究 V2a 神经元的分子多样性
通过研究内侧呼吸回路内连接性和功能的差异来研究颈髓
V2a 亚型和横向 V2a 亚型。目标 2 还将评估改变兴奋性对通气的影响
仅与呼吸运动神经元有直接兴奋性连接的 V2a 神经元。目标 3 将评估长期
V2a 神经元变性通过过早消融颈部 V2a 神经元对呼吸产生长期影响
ALS 小鼠模型。长期增加 V2a 兴奋性的潜在好处(和危害)
神经元对 ALS 模型小鼠 ARM 活动、运动神经元变性和通气健康的影响也将被研究
评估。通过实现这些目标,我们将查明
脊髓 V2a 神经元可模拟呼吸肌活动并评估药理潜力
改变 V2a 神经元的兴奋性以改善 ALS 小鼠模型的呼吸。
项目成果
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