Define molecular events driving selective neuronal death in multiple neurodegenerative diseases by snRNA-seq
通过 snRNA-seq 定义多种神经退行性疾病中驱动选择性神经元死亡的分子事件
基本信息
- 批准号:10323684
- 负责人:
- 金额:$ 15.75万
- 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:2021-01-15 至 2022-12-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:AffectAgeAlzheimer&aposs DiseaseAlzheimer&aposs disease related dementiaAmericanArchivesAreaAttentionAutomobile DrivingBasal GangliaBiologicalBiological MarkersBiologyBrainCandidate Disease GeneCell NucleusCellsCharacteristicsClinicalCognitiveCollaborationsDataDementiaDevelopmentDiseaseDisease ProgressionEventFreezingFundingGene ExpressionHeterogeneityHippocampus (Brain)HumanImmunotherapyLaboratoriesLigandsMethodsMicrogliaMolecularNerve DegenerationNeurodegenerative DisordersNeurogliaNeuroimmuneNeuronsParkinson DiseaseParkinsonian DisordersPathologicPathologyPathway AnalysisPathway interactionsPatientsPopulationPredispositionPreventionProcessProteinsReceptor SignalingRegulationResearchResearch PersonnelResearch Project GrantsRoleSmall Nuclear RNASpecimenSubstantia nigra structureTechnologyTimeTissuesTremorUnited States National Institutes of Healthbrain tissuecell typecognitive functioncohortdisorder controldopaminergic neurongene regulatory networkgenome-wideimprovedinsightlongitudinal analysismacrophagemolecular markermotor learningmotor symptomneuroinflammationneuron lossnew therapeutic targetnext generationnovelpreventprogramssingle-cell RNA sequencingtooltranscriptometranscriptome sequencingtranscriptomicstreatment strategy
项目摘要
Project Summary
Despite decades of research, currently the mechanisms of neurodegeneration in Alzheimer’s
disease (AD) and Parkinson Disease (PD) remain controversial and there are no therapies can
prevent, slow, or halt disease progression. Neurodegenerative diseases have two fundamental
general characteristics. 1) The pathology associated with the disease only affects particular
neurons (‘selective neuronal vulnerability’); 2) The pathology worsens with time and impacts more
regions in a stereotypical and predictable fashion. The discovery of key pathways that regulate
this differential susceptibility of neurons to degeneration holds great potential for the discovery of
novel drug targets and the development of promising neuroprotective treatment strategies.
However, the mechanisms underlying selective neuronal and regional vulnerability have been
difficult to dissect because of our limited ability to distinguish different neuronal subpopulations.
Loss of dopaminergic neurons in the SN is a hallmark of PD which underlies the parkinsonian
motor symptoms such as rigidity and tremor. Neuronal loss also occurs in the SN of AD [8, 9],
however, often without co-occurring parkinsonian motor symptoms. Dopaminergic neurons within
the SN are highly heterogeneous [10] and the loss of the dopaminergic neurons in PD is
heterogeneous across different axes [11-14]. It is unclear whether the same population of neurons
were lost in AD and PD and whether the mechanisms of neuronal loss are shared between the
two diseases. Neuroinflammation - activation of the neuroimmune cells (e.g. microglia) into
proinflammatory states - are shared pathological contributors in AD and PD. However, the
molecular identity of different microglia subpopulations and the role of neuroinflammation in the
selective neuronal death remain unclear. Therefore, we propose to use single nucleus RNA-seq
(snRNA-seq), an unbiased approach to identify and characterize distinct cell populations in
tissues, to dissect the mechanisms underlying selective neuronal death. Specifically, our specific
aims are: Aim 1: Characterize and validate cellular heterogeneity, cellular and
transcriptomic changes of neuron and microglia from the SN brain tissues of AD, PD
patients and age-matched controls. Aim 2: Dissect the mechanisms of cell composition
and transcriptome dysregulation in AD and PD. Our study will provide 1) molecular markers
and tools for targeted neuronal and microglia subpopulation isolation and manipulation; 2) better
understanding of the dynamic change of different neuronal and microglia subpopulation, their
transcriptomic changes and the putative regulatory mechanisms in AD and PD; 3) high-
confidence new candidate genes and pathways as targets to develop effective immunotherapies
or neuroprotective strategies.
项目概要
尽管经过了数十年的研究,目前阿尔茨海默氏症的神经退行性机制仍不清楚
疾病(AD)和帕金森病(PD)仍然存在争议,并且没有治疗方法可以
预防、减缓或阻止疾病进展有两个基本原则。
一般特征 1) 与疾病相关的病理学仅影响特定的特征。
神经元(“选择性神经元脆弱性”);2)病理随着时间的推移而恶化,影响更大
以刻板和可预测的方式发现调节的关键途径。
神经元对退化的这种不同的敏感性对于发现
新的药物靶点和有前景的神经保护治疗策略的开发。
然而,选择性神经和区域脆弱性的潜在机制已被证实
由于我们区分不同神经亚群的能力有限,因此很难解剖。
SN 中多巴胺能神经元的丧失是 PD 的一个标志,它是帕金森病的基础
AD 的 SN 中也会出现运动症状,如强直和震颤 [8, 9]。
然而,通常没有同时发生的帕金森运动症状。
SN 具有高度异质性 [10],PD 中多巴胺能神经元的损失
不同轴上的异质性 [11-14] 目前尚不清楚是否有相同的神经元群体。
AD 和 PD 中的神经丢失机制以及神经丢失的机制是否在 AD 和 PD 之间共享
两种疾病——神经免疫细胞(例如小胶质细胞)的激活。
促炎症状态 - 是 AD 和 PD 的共同病理因素。
不同小胶质细胞亚群的分子特性以及神经炎症在
因此,选择性神经死亡仍不清楚,我们建议使用单核RNA-seq。
(snRNA-seq),一种识别和表征不同细胞群的无偏见方法
组织,剖析选择性神经死亡的机制。
目标是: 目标 1:表征和验证细胞异质性、细胞和
AD、PD SN 脑组织神经元和小胶质细胞转录组变化
目标 2:剖析细胞组成的机制。
AD 和 PD 中的转录组失调。我们的研究将提供 1) 分子标记。
以及针对目标神经和小胶质细胞亚群分离和操作的工具 2) 更好;
了解不同神经和小胶质细胞亚群的动态变化及其
AD 和 PD 中的转录组变化和假定的调节机制 3) 高-
相信新的候选基因和途径作为开发有效免疫疗法的目标
或神经保护策略。
项目成果
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