Genetic Control of Phrenic Motor Neuron Development and Maintenance
膈运动神经元发育和维持的遗传控制
基本信息
- 批准号:10323654
- 负责人:
- 金额:$ 34.47万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2020
- 资助国家:美国
- 起止时间:2020-01-01 至 2024-12-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:AddressAdultAir MovementsAmyotrophic Lateral SclerosisAutomobile DrivingBehaviorBehavioral AssayBinding SitesBiological AssayBirthBrain StemBreathingCRISPR/Cas technologyCause of DeathCellsCervical spinal cord structureChIP-seqCollagenDefectDevelopmentDiseaseElectrophysiology (science)EmbryoEnhancersExcisionExhibitsFrequenciesGenesGeneticGenetic DiseasesGenetic ModelsGenetic TranscriptionGoalsHOX proteinHigh-Throughput Nucleotide SequencingHomeobox GenesInterneuronsLeadLifeLimb structureLungMaintenanceMammalsMapsMediatingMetabolicMethodologyMethodsMolecularMotorMotor ActivityMotor Neuron DiseaseMotor NeuronsMovementMusMuscleMuscular DystrophiesMutant Strains MiceNeurodegenerative DisordersNeuronsPathway interactionsPatternPerinatal mortality demographicsPlethysmographyPredispositionProteinsRegulatory ElementRespiration DisordersRespiratory DiaphragmRespiratory FailureRespiratory physiologyRett SyndromeRoleSleep Apnea SyndromesSpinalSpinal CordSpinal cord injurySudden infant death syndromeSynapsesTestingTransgenic MiceVertebratesalternative treatmentaxon guidancebasebody positioncofactordevelopmental diseasegenetic approachimprovedin vivoinsightmotor behaviormotor neuron developmentnerve supplyneural circuitneural networknew therapeutic targetprogramspromoterprotein functionrespiratorytranscription factortranscription factor Oct-6transcriptome sequencing
项目摘要
Breathing is the most fundamental motor behavior for terrestrial vertebrates. The frequency and amplitude of
breathing movements are controlled by neural networks residing in the brainstem and spinal cord. In mammals,
contraction of the diaphragm muscle is essential for driving airflow into the lungs during inspiration. Despite the
complexity of the neural networks that regulate respiratory rhythms, diaphragm contraction is controlled by a
single motor input, the activity of motor neurons (MNs) within the Phrenic Motor Column (PMC) in the cervical
spinal cord. Loss of PMC neurons is the primary cause of death in degenerative MN diseases such as
amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and spinal cord injuries. Despite their essential role, the molecular
determinants of PMC neuron identity are largely unknown. We have found that the development of PMC neurons
requires the sustained activity of Hox5 transcription factors. Mice lacking Hox5 genes in MNs die of respiratory
failure at birth and exhibit defects in multiple aspects of PMC identity, including cell body position, axon guidance
and diaphragm innervation. In this proposal we will investigate the function of Hox5 genes in determining and
maintaining phrenic MN identity.
In Aim 1 we will determine temporally distinct functions of Hox5 proteins in phrenic MNs and how phrenic MN
identity is maintained throughout lifetime.
In Aim 2 we will define how Hox5 genes control phrenic MN specification at the transcriptional level.
In Aim 3 we will identify direct Hox5 effectors and dissect their regulatory mechanisms.
We have developed an integrative methodology encompassing genetic models, high-throughput sequencing,
electrophysiology and behavioral assays, such as plethysmography, to address these questions in vivo. The
overarching goal of this proposal is to uncover the basic principles underlying phrenic MN specification and
maintenance so that we can begin to consider alternative treatment methods for respiratory dysfunction.
呼吸是陆生脊椎动物最基本的运动行为。频率和振幅
呼吸运动由位于脑干和脊髓中的神经网络控制。在哺乳动物中,
diaphragm肌肉的收缩对于在灵感期间将气流驱逐到肺部至关重要。尽管有
调节呼吸节律的神经网络的复杂性,隔膜收缩受A控制
单电机输入,颈椎运动柱(PMC)内运动神经元(MNS)的活性
脊髓。 PMC神经元的丧失是退化性MN疾病中死亡的主要原因,例如
肌萎缩性侧索硬化症(ALS)和脊髓损伤。尽管角色至关重要,但分子
PMC神经元身份的决定因素在很大程度上是未知的。我们发现PMC神经元的发展
需要HOX5转录因子的持续活动。 MN中缺少HOX5基因的小鼠死于呼吸道
出生时的失败和在PMC身份的多个方面表现出缺陷,包括细胞体位置,轴突指导
和隔膜神经。在此提案中,我们将研究HOX5基因在确定和
维持PHRENIC MN身份。
在AIM 1中,我们将确定hox5蛋白在Phrenic Mns中的时间不同的功能以及phrenic Mn
整个生命周期都保持身份。
在AIM 2中,我们将定义HOX5基因如何控制转录级别的Phrenic MN规范。
在AIM 3中,我们将确定直接的HOX5效应子并剖析其调节机制。
我们已经开发了一种综合方法,包括遗传模型,高通量测序,
电生理学和行为分析(例如庞大的描绘)在体内解决这些问题。这
该提案的总体目标是揭示Phrenif MN规范的基本原则和
维护,以便我们可以开始考虑用于呼吸障碍的替代治疗方法。
项目成果
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