The Pathophysiological Role of Cerebellar Glia in Rett Syndrome

小脑胶质细胞在 Rett 综合征中的病理生理学作用

• 批准号: 10380144
• 负责人: Wei Li
• 金额: $ 36.49万
• 依托单位: UNIVERSITY OF ALABAMA AT BIRMINGHAM
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2021-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/10380144
• 关键词: AMPA Receptors; Agonist; Astrocytes; Behavior; Behavior assessment; Behavioral; Biological Assay; Brain; Brain Diseases; Cell physiology; Cell surface; Cells; Cerebellar Diseases; Cerebellum; Complex; Confocal Microscopy; Data; Dopamine; Dopamine D1 Receptor; Etiology; Extracellular Domain; Fiber; Functional disorder; Genetic Transcription; Glutamates; Green Fluorescent Proteins; Hand; Hand functions; Head; Homeostasis; Image; Impairment; Individual; Inferior; Infusion procedures; Knockout Mice; Knowledge; Light; Long-Term Potentiation; Machine Learning; Medulla oblongata olive; Membrane; Membrane Potentials; Methyl-CpG-Binding Protein 2; Molecular; Motor; Movement; Mus; Mutation; Neuroglia; Neurologic Symptoms; Neurons; Opsin; PHluorin; Pathologic; Permeability; Pharmacology; Photometry; Play; Property; Purkinje Cells; Research Personnel; Resolution; Rest; Rett Syndrome; Rodent Model; Role; Slice; Social Behavior; Speech; Speed; Surface; Symptoms; Synapses; Synaptic Transmission; Synaptic plasticity; Testing; Time; Variant; Whole-Cell Recordings; Woman; antagonist; autism spectrum disorder; biophysical properties; conditional knockout; ex vivo imaging; extracellular; girls; improved; in vivo; loss of function mutation; motor behavior; motor deficit; optogenetics; relating to nervous system; sensor; severe intellectual disability; social; social deficits; trafficking; uptake

PROJECT SUMMARY/ABSTRACT  Rett  syndrome  (RTT)  is  the  leading  cause  of  severe  intellectual  disability  in  girls  and  women.  Individuals  with  RTT  develop  typically  until  6-­18  months,  when  autism-­like  behaviors  and  deficits  in  purposeful  hand  use  and  speech start to develop. Loss-­of-­function mutations in the transcriptional regulator methyl-­CpG-­binding protein   2  (MECP2)  occur  in  >95%  of  RTT  cases.  Initially,  researchers  regarded  MeCP2  deficiency  in  neurons  as  the  exclusive  cause  of  RTT.  However,  recent  studies  have  revealed  that  glia  have  a  pathological  role  in  RTT  etiology. Studies have not yet uncovered the underlying cellular mechanisms of glial cell dysfunction in Mecp2  rodent  models  or  the  impact  of  this  dysfunction  on  brain  function.  In  this  study,  we  propose  to  examine  the  contribution  of  a  specific  glial  subtype,  Bergmann  glia  cells  (BGs)  in  the  cerebellum,  to  the  motor  and  social  deficits  in  RTT.  We  will  focus  on  BGs  because  (1)  cerebellar  disruption  likely  contributes  to  the  motor  and  social  deficits  in  RTT  and  (2)  BGs  are  the  major  glial  subtype  in  the  cerebellum.  We  propose  to  characterize  cerebellar  function  in  conditional  knockout  (cKO)  mice  that  lack  Mecp2  in  BGs  using  a  repertoire  of  approaches,  including  intracellular  whole-­cell  recordings,  in  vivo  recordings  of  single  units  and  local  field  potentials,  in  vivo  and  ex  vivo  imaging  of  genetically-­encoded  Ca2+,  glutamate,  and  dopamine  (DA)  sensors  (GCaMP7,  iGluSnFr,  and  dLight1.1,  respectively),  optogenetics,  chemogenetics,  near  super-­resolution  confocal  microscopy,  and  behavioral  assessments  using  unbiased  machine-­learning  approaches.  Our  preliminary results indicate deficits in BGs from Mecp2-­deficient mice, including higher expression levels of the  GluA1  subunit  of  AMPA  receptors  (AMPARs),  and  depolarized  membrane  potentials.  In  addition,  we  have  preliminary evidence of DAergic modulation of BGs through the activation of D1 receptors (D1Rs) activated by  either electrical or optogenetic stimulation of DAergic inputs to the cerebellum. Of high relevance to motor and  social symptoms in RTT, the expression levels of D1Rs, which modulate GluA1 surface insertion, are higher in  Mecp2  KO  mice.  We  hypothesize  that  BGs  in  the  cerebellum  have  a  pathophysiological  role  in  motor  and  social  deficits  in  Mecp2-­deficient  mice.  We  propose  two  Aims:  (1)  Define  cerebellar  BG  dysfunction  in  Mecp2  cKO  mice;;  (2)  Characterize  DAergic  modulation  of  cerebellar  BGs  in  Mecp2  cKO  mice.  The  proposed  studies  will elucidate the consequences of impaired DAergic modulation of astrocyte function on cerebellar-­dependent  behaviors,  which  will  have  broad  implications  not  only  for  RTT  but  also  for  other  brain  disorders  associated  with cerebellar dysfunction.

项目摘要/摘要 RETT综合征（RTT）是女孩和妇女严重智力残疾的主要原因。有个人 RTT通常会发展到6-18个月，当时自闭症的行为并在有目的的手用和定义 语音开始发展。转录调节甲基-CPG结合蛋白的功能丧失突变 2（MECP2）发生在> 95％的RTT病例中。最初，研究人员认为神经元中的MECP2缺乏症是 RTT的独家原因。但是，最近的研究表明，神经胶质在RTT中具有病理作用 病因。研究尚未发现MECP2中神经胶质细胞功能障碍的潜在细胞机制 啮齿动物模型或这种功能障碍对脑功能的影响。在这项研究中，我们建议检查 小脑中特定的神经胶质亚型，伯格曼神经胶质细胞（BGS）对运动和社会的贡献 RTT中的缺陷。我们将专注于BG，因为（1）小脑干扰可能有助于电动机和 RTT和（2）BG中的社会缺陷是小脑的主要神经胶质亚型。我们提出要表征 有条件敲除（CKO）小鼠的小脑功能，该小鼠使用BG中缺少MECP2的小鼠 方法，包括细胞内的全细胞记录，单元和本地场的体内记录 一般编码的Ca2+，谷氨酸和多巴胺（DA）传感器的体内和离体成像电位 （GCAMP7，IglusnFR和Dlight1.1分别 共聚焦显微镜和采用公正的机器学习方法的行为评估。我们的 MECP2缺陷小鼠BG的初步结果表明缺陷，包括更高的表达水平 AMPA接收器的GLUA1亚基（AMPAR）和扩展的膜电位。此外，我们还有 通过激活D1受体（D1R）激活BG的Daergic调节的初步证据 对小脑的Daergic输入的电刺激或光遗传学刺激。与电动机高度相关 RTT中的社会症状，调节GLUA1表面插入的D1R的表达水平更高 MECP2 KO小鼠。我们假设小脑中的BG在运动中具有病理生理作用 MECP2缺陷小鼠的社会缺陷。我们提出了两个目标：（1）在MECP2中定义小脑BG功能障碍 CKO小鼠; （2）表征MECP2 CKO小鼠中小脑BGS的DAERBIC调节。提出的研究 将阐明星形胶质细胞功能对小脑依赖性的DAERGIC调制受损的后果 行为，这不仅对RTT具有广泛的影响，还将对其他相关的脑疾病具有 有小脑功能障碍。