Targeting Mitochondrial Function to Develop Novel Therapies for Neurodevelopmental Disorders

针对线粒体功能开发神经发育障碍的新疗法

基本信息

项目摘要

ABSTRACT We will identify potential new pharmacological therapies targeted to improve mitochondrial function in a class of cerebral cortical neurons thought to be compromised in multiple neurodevelopmental disorders. We have shown that mitochondrial metabolism is disrupted in layer 2/3 Projection Neurons (PNs) in the LgDel mouse model of 22q11.2 Deletion Syndrome, a syndromic neurodevelopmental disorder. We have also demonstrated that this disruption apparently accounts for quantitative differences in association cortical connectivity correlated with cognitive behavioral deficits in LgDel mice. Finally, we showed that a free radical scavenger that influences mitochondrial function, N-acetyl cysteine (NAC), can reverse these molecular, cellular and behavioral deficits. We will now assess the capacity of multiple mitochondrial targeted pharmacological compounds, as well as known mitochondria-targeted drugs, to modulate LgDel Layer 2/3 PN mitochondrial metabolism and its influences on layer 2/3 PN homeostasis. In Specific Aim 1, we will evaluate compound activity in a validated, homogeneous layer 2/3 PN in vitro assay using the Agilent Seahorse Metabolic Analyzer to measure key aspects of mitochondrial function. Candidate compounds that restore LgDel mitochondrial dysfunction toward WT, without disrupting WT mitochondrial function, will be further validated for their capacity to diminish aberrant mitochondrial reactive oxygen species (ROS) levels and restore dendritic and axonal growth in LgDel layer 2/3 PNs. To provide additional interpretative resolution of the mechanistic precision of these compounds, in Specific Aim 2 we will perform a parallel transcriptome comparison of LgDel versus WT Layer 2/3 PNs in vitro to identify pathways whose transcriptional regulation is altered due to mitochondrial dysfunction and diminished growth in developing Layer 2/3 PNs targeted by neurodevelopmental pathology. We will further contrast this data with the transcriptome profile of LgDel layer 2/3 PNs treated with NAC, whose metabolic and growth-restoring activity we have previously demonstrated. Thus, compounds identified in this screen will be validated for specificity, targeted cellular activity, and placed in context of differentially regulated transcriptional pathways sensitive to altered mitochondrial function. These pathways underlie diminished neuron growth that contributes to neurodevelopmental cortical circuit pathology. Thus, our experiments identify potential candidates for further development of mitochondria-based therapies and a molecular mechanistic framework for rational design of precisely targeted new drugs to correct molecular and cellular pathology associated with cortical neuron and circuits compromised in multiple neurodevelopmental disorders.
抽象的 我们将确定旨在改善类中线粒体功能的潜在新药理疗法 被认为在多种神经发育障碍中被损害的脑皮质神经元的。我们有 表明线粒体代谢在LGDEL小鼠的第2/3层投影神经元(PNS)中被破坏 22q11.2缺失综合征的模型,一种综合征神经发育障碍。我们也证明了 这种中断显然是相关皮质连通性的定量差异 与LGDEL小鼠的认知行为缺陷相关。最后,我们证明了一个自由基的清道夫 影响线粒体功能N-乙酰基半胱氨酸(NAC)可以逆转这些分子,细胞和 行为不足。现在,我们将评估多个线粒体靶向药理的能力 化合物以及已知的线粒体靶向药物,以调节LGDEL层2/3 Pn线粒体 代谢及其对第2/3层PN稳态的影响。在特定目标1中,我们将评估化合物 使用Agilent Seahorse代谢分析仪,在经过验证的均质层2/3 PN的均匀层中的活性 测量线粒体功能的关键方面。恢复LGDEL线粒体的候选化合物 对WT的功能障碍,而不会破坏WT线粒体功能,将进一步验证其能力 减少异常线粒体活性氧(ROS)水平并恢复树突状和轴突 LGDEL层2/3 PNS的生长。提供机械精度的其他解释性分辨率 这些化合物,在特定目标2中,我们将进行LGDEL与WT的平行转录组比较 体外2/3层PNS,以识别因线粒体而改变的转录调节的途径 神经发育病理靶向的2/3 PN层的功能障碍和生长减少。 我们将进一步将这些数据与用NAC处理的LGDEL层的转录组曲线进行对比 我们以前已经证明的代谢和生长恢复活性。因此,在此确定的化合物 屏幕将得到特异性,靶向细胞活性的验证,并将其放置在差异调节的背景下 转录途径对改变的线粒体功能敏感。这些途径下降了 神经元的生长有助于神经发育皮质回路病理。因此,我们的实验确定了 进一步发展线粒体疗法和分子机械的潜在候选者 精确靶向新药的合理设计框架以纠正分子和细胞病理学 与在多种神经发育障碍中受损的皮质神经元和电路有关。

项目成果

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