Circadian Structural Plasticity in Central Pacemakers
中央起搏器的昼夜节律结构可塑性
基本信息
- 批准号:10287332
- 负责人:
- 金额:$ 29.19万
- 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:2021-06-01 至 2025-06-30
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:ARNTL geneAlzheimer&aposs DiseaseAlzheimer&aposs disease patientAnimalsAstrocytesAutomobile DrivingAwardAxonBiochemicalBiological RhythmBrainCellsCharacteristicsCircadian DysregulationCircadian RhythmsCoupledCouplingCuesDendritic SpinesDiseaseElementsEnterobacteria phage P1 Cre recombinaseEnvironmentFeedbackFiberGene ExpressionGenesGenetic TranscriptionHeavy MetalsHomeostasisImageImmunohistochemistryImpairmentIndividualInjectionsInvestigationLabelLuciferasesMammalsManualsMediatingMembraneMolecularMonitorMusNervous system structureNetwork-basedNeuronsPacemakersParentsPeriodicityPlant ResinsPositioning AttributeProcessPropertyReportingRoleSamplingScanning Electron MicroscopySleep disturbancesSliceStainsStructureSymptomsSynapsesSynaptophysinTestingTimeTissuesTranslationsVasoactive Intestinal PeptideViralVirusWild Type Mousebasecircadiancircadian pacemakerdensityex vivo imagingexperimental studyfascinatemicroscopic imagingmillisecondmolecular clockmouse Cre recombinasepostsynapticpresynapticpromoterreceptorrecruitresponsesuprachiasmatic nucleusvector
项目摘要
SUMARY
Circadian rhythms depend on the molecular transcription/translation negative feedback loop (TTL) operating in
clock neurons, and on the network properties of these neurons. Among the properties that could be recruited
by the circadian clock are changes in the identity of pre/post synaptic partners and/or strength of the
connectivity between clock neurons, a property collectively termed as circadian structural plasticity. The central
hypothesis for our parent Award is that circadian structural plasticity within the central circadian clock of
mammals, located within the suprachiasmatic nucleus (SCN), is part of the time-encoding mechanism. An
early-stage symptom of Alzheimer’s disease (AD) is the disruption of sleep and circadian rhythms. For this
Supplement, we test the hypothesis that these symptoms may result in part from the disruption of circadian
structural plasticity within the SCN.
Specific aim 2D will assess the effect of AD on the expression of the clock gene PER2 through PER2-LUC
reporting in ex vivo SCN slices from either AD or WT mice. This experiment will determine the effect of AD on
the amplitude of the rhythm of clock gene expression and on the synchrony between cells within the SCN
neuronal network.
Specific aim 2E will examine the effect of AD on circadian structural remodeling in SCN VIPergic neurons,
which are an essential component of the timekeeping mechanism, through virally mediated labeling of VIP
neurons with synaptophysin-mCherry followed by ex vivo fluorescent reporting of circadian rhythms of
retraction/extension of presynaptic fibers.
Specific aims 2F and 2G will use serial blockface scanning electron microscopy to examine circadian plasticity
at the ultrastructural level by examining synaptic structural changes (2F) and changes in astrocytic processes
that ensheath neurons (2G).
Our experiments test predictions of the hypothesis that disruptions of sleep and circadian rhythms that are
characteristic of early stages of AD may emerge from the effect of the disease on key circadian plasticity
changes within the master circadian clock. Elucidating the potential mechanisms behind these early symptoms
of AD could open new opportunities to treat sleep and circadian disruptions in AD patients.
总结
昼夜节律取决于分子转录/翻译负反馈环(TTL)的运作
时钟神经元,以及这些神经元的网络特性可以被招募。
生物钟的变化是突触前/后伙伴的身份和/或突触强度的变化
时钟神经元之间的连接性,这种特性统称为昼夜节律结构可塑性。
我们的母奖的假设是,中央生物钟内的昼夜节律结构可塑性
哺乳动物的视交叉上核(SCN)内,是时间编码机制的一部分。
阿尔茨海默病 (AD) 的早期症状是睡眠和昼夜节律紊乱。
作为补充,我们检验了以下假设:这些症状可能部分是由于昼夜节律紊乱造成的
SCN 内的结构可塑性。
具体目标2D将通过PER2-LUC评估AD对时钟基因PER2表达的影响
报告 AD 或 WT 小鼠的离体 SCN 切片 该实验将确定 AD 对 AD 的影响。
时钟基因表达节律的幅度以及 SCN 内细胞之间的同步性
神经网络。
具体目标 2E 将检查 AD 对 SCN VIPergic 神经元昼夜节律结构重塑的影响,
这是计时机制的重要组成部分,通过病毒介导的 VIP 标记
神经元与突触素-mCherry随后进行昼夜节律的离体荧光报告
突触前纤维的收缩/伸展。
具体目标2F和2G将使用串行块面扫描电子显微镜来检查昼夜节律可塑性
通过检查突触结构变化 (2F) 和星形胶质细胞过程的变化,在超微结构水平上进行研究
包裹神经元(2G)。
我们的实验检验了这一假设的预测,即睡眠和昼夜节律的破坏会导致
AD 早期阶段的特征可能源于该疾病对关键昼夜节律可塑性的影响
主生物钟的变化阐明这些早期症状背后的潜在机制。
AD 的研究可能为治疗 AD 患者的睡眠和昼夜节律紊乱提供新的机会。
项目成果
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