APOE e4 negative regulation of microglia-astrocytes crosstalk in Alzheimer's disease
APOE e4 对阿尔茨海默病中小胶质细胞-星形胶质细胞串扰的负调节
基本信息
- 批准号:10429190
- 负责人:
- 金额:$ 42.92万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2022
- 资助国家:美国
- 起止时间:2022-07-01 至 2024-06-30
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:APP-PS1AcuteAddressAffectAllelesAlzheimer&aposs DiseaseAlzheimer&aposs disease brainAlzheimer&aposs disease riskAstrocytesBasic ScienceBrainCellsChronicClinicalDataDevelopmentDiseaseDisease ProgressionDisease associated microgliaFluorescent in Situ HybridizationGene ExpressionGene Expression ProfileGenetic TranscriptionHumanImmuneImmunohistochemistryImpairmentLate Onset Alzheimer DiseaseMicrogliaModelingMusNerve DegenerationNeurodegenerative DisordersOnset of illnessPathologyPathway interactionsPhagocytesPhenotypePlayRegulationRegulatory PathwayResolutionRiskRoleSenile PlaquesSignal TransductionSpatial DistributionTissuesTranscriptional RegulationTransforming Growth Factor betaVariantWorkapolipoprotein E-4basegenetic risk factorgenome wide association studymouse modelneurodegenerative phenotypeneuroprotectionnon-dementedrecruitresponserisk variant
项目摘要
Alzheimer’s disease (AD) is the most prevalent neurodegenerative disorder. Microglia play an essential role in
supporting normal CNS functions, but in disease may contribute to neurodegeneration. We identified
homeostatic (M0) and neurodegenerative (MGnD) microglia, also referred to as disease associated microglia
(DAM), that are regulated by the reciprocal suppression of TGFb and induction of APOE signaling in different
neurodegenerative mouse models including AD. However, the role of these two major phenotypes and how they
affect disease progression remains a major question. Importantly, targeting microglial APOE signaling restored
the homeostatic signature of microglia associated with neuroprotection in acute and chronic models of
neurodegeneration. APOE signaling suppressed PU.1 and TGFβ signaling in a cell-autonomous manner. Human
APOE has three variants: ε2, ε3, and ε4. APOE ε4 is the strongest genetic risk factor for late-onset Alzheimer’s
disease (LOAD). Our preliminary data show: 1) Increased expression of PU.1 in microglia from humanized APOE
ε4 mice; 2) Expression of APOE ε4 in microglia impaired microglial response to induce a MGnD phenotype and
3) Deletion of microglial APOE ε4 restored MGnD phenotype in APP/PS1 mice associated with astrocytes
recruitment towards Ab-plaques and reduction in neuritic plaques. These data indicate that APOE ε4 signaling
is a crucial regulatory pathway in microglia in APP/PS1 mice. Based on these findings, we hypothesize that in
APOE ε4 carriers, APOE ε4 ‘locks’ microglia in their homeostatic state leading to impaired phagocytic
functions and dysregulated microglia-astrocyte crosstalk, which could have fundamental consequences
for AD development. We will address our hypothesis in the following aims:
Aim 1: Determine the role of APOE ε4 on transcriptional regulation of microglia and their crosstalk with
astrocytes in AD and non-demented subjects carrying different APOE alleles. We will determine whether
human APOE ε4 affects transcriptional signatures of cellular response, interactive pathways, and functional
regulation, focusing on microglia and astrocytes.
Aim 2: Validate the spatial differences in APOE ε4 microglia and astrocytes at single-cell resolution. We
will validate the differences in microglia and astrocytic gene expression in brain, using immunohistochemistry of
specific markers and multiplexed error-robust fluorescence in situ hybridization (MERFISH).
IN SUMMARY, this study aims to validate whether APOE ε4 impairs transcriptional, spatial, and functional
regulation of MGnD-microglia and their crosstalk with astrocytes in AD brain.
阿尔茨海默病(AD)是最常见的神经退行性疾病,小胶质细胞在其中发挥着重要作用。
支持正常的中枢神经系统功能,但在疾病中可能会导致神经退行性变。
稳态 (M0) 和神经退行性 (MGnD) 小胶质细胞,也称为疾病相关小胶质细胞
(DAM),在不同的细胞中通过 TGFb 的相互抑制和 APOE 信号的诱导来调节
然而,这两种主要表型的作用以及它们如何在神经退行性小鼠模型中发挥作用。
重要的是,靶向小胶质细胞 APOE 信号恢复仍然是一个主要问题。
小胶质细胞的稳态特征与急性和慢性模型中的神经保护相关
APOE 信号以细胞自主方式抑制 PU.1 和 TGFβ 信号。
APOE 具有三种变体:ε2、ε3 和 ε4。APOE ε4 是晚发性阿尔茨海默病最强的遗传风险因素。
我们的初步数据显示:1) 人源化 APOE 小胶质细胞中 PU.1 的表达增加
ε4 小鼠;2) 小胶质细胞中 APOE ε4 的表达损害了小胶质细胞诱导 MGnD 表型的反应
3) 删除小胶质细胞 APOE ε4 可恢复 APP/PS1 小鼠与星形胶质细胞相关的 MGnD 表型
Ab-斑块的募集和神经炎斑块的减少这些数据表明 APOE ε4 信号传导。
是 APP/PS1 小鼠小胶质细胞中的一个重要调节途径。根据这些发现,我们在 APP/PS1 小鼠中捕获了这一点。
APOE ε4 携带者,APOE ε4“锁定”小胶质细胞处于稳态,导致吞噬细胞受损
功能和失调的小胶质细胞-星形胶质细胞串扰,这可能会产生根本性后果
对于 AD 的发展,我们将实现以下目标:
目标 1:确定 APOE ε4 对小胶质细胞转录调控的作用及其与小胶质细胞的串扰
AD 和非痴呆受试者中的星形胶质细胞携带不同的 APOE 等位基因。
人类 APOE ε4 影响细胞反应、相互作用途径和功能的转录特征
调节,重点关注小胶质细胞和星形胶质细胞。
目标 2:在单细胞分辨率下验证 APOE ε4 小胶质细胞和星形胶质细胞的空间差异。
将使用免疫组织化学验证大脑中小胶质细胞和星形胶质细胞基因表达的差异
特异性标记和多重抗误差荧光原位杂交 (MERFISH)。
总之,本研究旨在验证 APOE ε4 是否损害转录、空间和功能
AD 脑中 MGnD-小胶质细胞的调节及其与星形胶质细胞的串扰。
项目成果
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