Mitochondria and metabolism in neurodegeneration
神经退行性变中的线粒体和代谢
基本信息
- 批准号:10183972
- 负责人:
- 金额:$ 227.05万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2021
- 资助国家:美国
- 起止时间:2021-04-01 至 2024-03-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:3xTg-AD mouseAcuteAdultAlzheimer&aposs DiseaseAlzheimer&aposs disease modelAlzheimer&aposs disease pathologyAmericanAmyloidBiochemicalBrainCalciumCell DeathCell Death Signaling ProcessCellsCellular StressClinical TrialsComplexCoupledDevelopmentDiagnosisDiseaseDisease ProgressionGatekeepingGeneticGenetic ModelsGoalsHippocampus (Brain)Impaired cognitionImpairmentKnock-in MouseKnock-outLinkMediatingMemory LossMetabolicMetabolic dysfunctionMetabolismMitochondriaMitochondrial MatrixModelingMolecularMusMutant Strains MiceNerve DegenerationNeurofibrillary TanglesNeuronal DysfunctionNeuronsPathogenesisPathologyPathway interactionsPatientsPhenotypePopulationProteomeProteomicsPublishingReactive Oxygen SpeciesReportingRoleSamplingSenile PlaquesSeverity of illnessStressSystemTestingTherapeuticTimeage relatedcalcium uniportercognitive functiondefined contributionhyperphosphorylated tauin vivoloss of functionmetabolomemetabolomicsmitochondrial dysfunctionmitochondrial metabolismmouse modelmutant mouse modelneuron lossneuropathologynew therapeutic targetscaffoldtheoriestherapeutic developmentuptake
项目摘要
SUMMARY
Currently, ~5.8 million Americans suffer from Alzheimer's disease (AD)1 and there remain no approved
therapeutics to lessen the associated neuronal dysfunction and cell death. Various AD clinical trials targeting
the “amyloid cascade” have proven unsuccessful, suggesting a dire need to rethink AD disease progression.
Alterations in cellular calcium (iCa2+) and mitochondrial function are reported as critical molecular contributors
to AD pathogenesis. Our lab has previously shown that genetic modulation of either mCa2+ uptake or efflux is a
powerful way to limit mitochondrial dysfunction and cell death in the context of cell stress featuring elevated
iCa2+. As causal evidence of impaired mCa2+ exchange in AD, we generated multiple mutant mouse models to
modulate neuronal NCLX expression, the primary mechanism for 2+ efflux in excitable cells, and
mCa
discovered that impaired mitochondrial calcium efflux proceeds neuropathology and memory decline in 3xTg-
AD mouse model. In addition to alterations in
mCa
2+ efflux, we also discovered significant proteomic remodeling
of the mitochondrial calcium uniporter channel (mtCU). The mtCU is required for acute Ca2+ uptake into the
mitochondrial matrix where it regulates mitochondrial function. The mtCU is a multiprotein channel, consisting
of pore-forming, scaffold, and regulatory components. To date, there are no published in vivo studies using
genetic models to define the contribution of mCa2+ uptake with AD disease progression and given our published
findings regarding the role of mCa2+ efflux in AD pathogenesis17, it's imperative that we mechanistically define
the mCa2+ uptake pathway prior to proceeding with therapeutic development. In this project, we hypothesize
that mCa2+overload is a primary contributor to AD pathology by promoting metabolic dysfunction and
neuronal cell death, and that reducing mtCU-dependent mCa2+ uptake will impede neurodegeneration
and AD pathogenesis. Further, using complex mutant mouse models we will systematically define the
mitochondrial metabolomic and proteomic changes associated with AD progression and alterations in mCa2+
flux. Optimally, these studies will identify new therapeutic targets for the treatment of AD.
概括
目前,约有580万美国人患有阿尔茨海默氏病(AD)1,尚无批准
治疗剂可减少相关的神经元功能障碍和细胞死亡。各种广告临床试验针对
事实证明,“淀粉样蛋白级联”未能成功,这表明需要重新考虑AD疾病进展。
细胞钙(ICA2+)和线粒体功能的改变是关键分子贡献者
进行AD发病机理。我们的实验室先前已经表明,MCA2+摄取或外排的遗传调节是一个
在细胞应力升高的情况下,限制线粒体功能障碍和细胞死亡的强大方法
ICA2+。作为AD中MCA2+交换受损的因果证据,我们生成了多个突变小鼠模型
调节神经元NCLX表达,这是令人兴奋细胞中2+外排的主要机制,
MCA
发现线粒体钙外排受损会导致3xTG-的神经病理学和记忆下降
AD鼠标模型。除了改变
MCA
2+外排,我们还发现了明显的蛋白质组学重塑
线粒体钙UNITER通道(MTCU)的MTCU是急性Ca2+摄取需要的
线粒体基质调节线粒体功能。 MTCU是一个多蛋白通道,组成
孔形成,脚手架和调节成分的组成部分。迄今为止,还没有使用使用的体内研究
定义MCA2+摄取对AD疾病进展的贡献的遗传模型,并鉴于我们已发表的
关于MCA2+外排在AD发病机理中的作用的发现17,我们必须机械定义
在进行热发育之前,MCA2+摄取途径。在这个项目中,我们假设
MCA2+超载是通过促进代谢功能障碍和
神经元细胞死亡以及减少MTCU依赖性MCA2+摄取将阻碍神经变性
和AD发病机理。此外,使用复杂的突变鼠模型,我们将系统地定义
线粒体代谢组学和蛋白质组学变化与AD进展和MCA2+的变化有关
通量。最佳地,这些研究将确定用于治疗AD的新治疗靶标。
项目成果
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