Impaired Vasoreactivity, Sleep Degradation, and Impaired Clearance in the APOE4 Brain

APOE4 大脑中的血管反应性受损、睡眠质量下降和清除受损

基本信息

项目摘要

PROJECT SUMMARY/ABSTRACT The ε4 variant of apolipoprotein E (APOE4) is the strongest and most common genetic risk factor for sporadic Alzheimer’s disease (AD), which makes up more than 95% of AD cases. APOE4 has been demonstrated to contribute to a number of molecular processes implicated as promoting AD pathology, including accelerated aggregation of amyloid-β and tau proteins, increased immunoreactivity, altered lipid metabolism, and impaired cerebral blood flow, but an over-arching mechanism of the conveyed AD risk remains unclear. As a leading risk factor for atherosclerosis as well as AD, APOE4 has profound effects on vasculature. Previous studies have found dysregulated neurovascular coupling, high levels of the vasodilator nitric oxide, and impaired flow of cerebrospinal fluid around arteries in the brain, suggesting decreased glymphatic clearance, a process that occurs most dramatically during sleep. Consequently, physiological sleep patterns are also known to be disrupted in AD, suggesting a common theme in many of the identified APOE4-dysregulated processes. We propose that altered neurovascular coupling and vasodilation will alter sleep stage patterns and disrupt sleep, which will impair the clearance of cellular waste products from the brain. Many of these waste products, such as protein aggregates, inflammatory cytokines, and metabolites can be neurotoxic, and can create a positive feedback cycle as they in turn affect neural activity and vascular integrity and function, further disrupting sleep. To test this idea, we will combine the neurobiological and technical expertise of three research groups studying distinct levels of brain function to perform an integrative, multi-scale study of brain physiology and function in knock-in mice carrying humanized APOE4 and APOE3. First, we will use custom-developed hardware for chronic, long-term EEG monitoring of APOE4 and APOE3 mice and specialized machine learning for real-time characterization of sleep stages to identify shifts in sleep patterns and quality over the course of aging (3 months to 15 months). Second, we will quantify impairment of cortical vasodilation and vasoreactivity by conducting 2-photon imaging to measure the diameter of cortical arteries in behaving APOE4 and APOE3 mice, both awake and in natural sleep, at different time points over the course of aging. Third, we will perform multiplexing and -omics assays of brain tissue from APOE4 and APOE3 mice during day (light) and night (dark) over the course of aging to quantify the levels of inflammatory cytokines and metabolites. Finally, we will further test our hypothesis and attempt to ameliorate AD-promoting pathology by introducing exercise as a potent vasodilator and stimulus of cerebrovascular health. Upon completion of the proposed work, we will have determined the trajectories of altered sleep stages and quality, impaired vasodilation, and dysregulated production and clearance of immune and metabolic products in APOE4, and tested the relationship between these pathologies by introducing exercise from young age to ameliorate vascular dysfunction.
项目概要/摘要 载脂蛋白 E (APOE4) 的 ε4 变体是散发性遗传病最强且最常见的遗传危险因素。 阿尔茨海默氏病 (AD) 占 AD 病例的 95% 以上,已被证明与 APOE4 相关。 有助于促进 AD 病理学的许多分子过程,包括加速 β-淀粉样蛋白和 tau 蛋白聚集、免疫反应性增加、脂质代谢改变以及受损 脑血流量,但 AD 风险作为主要风险的总体机制仍不清楚。 APOE4 是动脉粥样硬化和 AD 的因子,对血管系统具有深远的影响。 发现神经血管耦合失调、血管舒张剂一氧化氮水平高以及血液流动受损 大脑动脉周围的脑脊液,表明类淋巴清除率降低,这一过程 在睡眠期间发生最显着,生理睡眠模式也被认为是。 AD 中被破坏,这表明许多已识别的 APOE4 失调过程中有一个共同主题。 提出神经血管耦合和血管舒张将改变睡眠阶段模式并扰乱 睡眠会损害大脑中细胞废物的清除。 产品,例如蛋白质聚集体、炎症细胞因子和代谢物可能具有神经毒性,并且可能 创建一个积极的反馈循环,因为它们反过来影响神经活动和血管的完整性和功能,进一步 为了验证这个想法,我们将结合三项研究的神经生物学和技术专业知识。 研究不同水平的大脑功能的小组对大脑生理学进行综合、多尺度的研究 以及在携带人源化 APOE4 和 APOE3 的敲入小鼠中的功能 首先,我们将使用定制开发的。 用于对 APOE4 和 APOE3 小鼠进行长期脑电图监测的硬件以及专门的机器学习 实时表征睡眠阶段,以确定睡眠过程中睡眠模式和质量的变化 衰老(3个月至15个月)其次,我们将量化皮质血管舒张和血管反应性的损害。 通过进行 2 光子成像来测量表现 APOE4 和 APOE3 的皮质动脉直径 在衰老过程中的不同时间点,清醒和自然睡眠的小鼠第三,我们将进行表演。 在白天(光照)和夜间(黑暗)期间对 APOE4 和 APOE3 小鼠脑组织进行多重分析和组学分析 最后,我们将进一步量化衰老过程中炎症细胞因子和代谢物的水平。 检验我们的假设并尝试通过引入运动作为有效的方法来改善 AD 促进病理学 血管扩张剂和脑血管健康刺激完成后,我们将有 确定睡眠阶段和质量改变、血管舒张受损和失调的轨迹 APOE4 中免疫和代谢产物的产生和清除,并测试了两者之间的关系 这些病症通过从小开始进行锻炼来改善血管功能障碍。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Patrick James Drew其他文献

Patrick James Drew的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Patrick James Drew', 18)}}的其他基金

Neural circuit control of fluid and solute clearance during sleep
睡眠期间液体和溶质清除的神经回路控制
  • 批准号:
    10673147
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 77.64万
  • 项目类别:
Neural circuit control of fluid and solute clearance during sleep
睡眠期间液体和溶质清除的神经回路控制
  • 批准号:
    10516497
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 77.64万
  • 项目类别:
Impaired Vasoreactivity, Sleep Degradation, and Impaired Clearance in the APOE4 Brain
APOE4 大脑中的血管反应性受损、睡眠质量下降和清除受损
  • 批准号:
    10665538
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 77.64万
  • 项目类别:
Project 3: Dissecting the neural and neuromodulatory control mechanisms of arterial dynamics during sleep
项目3:剖析睡眠期间动脉动力学的神经和神经调节控制机制
  • 批准号:
    10516503
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 77.64万
  • 项目类别:
Project 3: Dissecting the neural and neuromodulatory control mechanisms of arterial dynamics during sleep
项目3:剖析睡眠期间动脉动力学的神经和神经调节控制机制
  • 批准号:
    10673165
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 77.64万
  • 项目类别:
A multimodal approach to understanding the development of neurovascular coupling
了解神经血管耦合发展的多模式方法
  • 批准号:
    10202746
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 77.64万
  • 项目类别:
CRCNS: US-French Research Proposal: Neurovascular coupling-democracy or oligarchy?
CRCNS:美法研究提案:神经血管耦合——民主还是寡头?
  • 批准号:
    9048044
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 77.64万
  • 项目类别:
CRCNS: US-French Research Proposal: Neurovascular coupling-democracy or oligarchy?
CRCNS:美法研究提案:神经血管耦合——民主还是寡头?
  • 批准号:
    9278168
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 77.64万
  • 项目类别:
Craniosynostosis Network
颅缝早闭网络
  • 批准号:
    8931770
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 77.64万
  • 项目类别:
Craniosynostosis Network
颅缝早闭网络
  • 批准号:
    8803592
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 77.64万
  • 项目类别:

相似国自然基金

TBX20在致盲性老化相关疾病年龄相关性黄斑变性中的作用和机制研究
  • 批准号:
    82220108016
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    252 万元
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目
LncRNA ALB调控LC3B活化及自噬在体外再生晶状体老化及年龄相关性白内障发病中的作用及机制研究
  • 批准号:
    81800806
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    22.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
APE1调控晶状体上皮细胞老化在年龄相关性白内障发病中的作用及机制研究
  • 批准号:
    81700824
  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    19.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
KDM4A调控平滑肌细胞自噬在年龄相关性血管老化中的作用及机制
  • 批准号:
    81670269
  • 批准年份:
    2016
  • 资助金额:
    55.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
A2E老化ARMS2/HTRA1型iPSC-RPE细胞的研究:个体化AMD发病机制初步探索
  • 批准号:
    81400412
  • 批准年份:
    2014
  • 资助金额:
    25.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

The Proactive and Reactive Neuromechanics of Instability in Aging and Dementia with Lewy Bodies
衰老和路易体痴呆中不稳定的主动和反应神经力学
  • 批准号:
    10749539
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 77.64万
  • 项目类别:
The Influence of Lifetime Occupational Experience on Cognitive Trajectories Among Mexican Older Adults
终生职业经历对墨西哥老年人认知轨迹的影响
  • 批准号:
    10748606
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 77.64万
  • 项目类别:
Core B: Biospecimen Core
核心 B:生物样本核心
  • 批准号:
    10555894
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 77.64万
  • 项目类别:
Project 3: 3-D Molecular Atlas of cerebral amyloid angiopathy in the aging brain with and without co-pathology
项目 3:有或没有共同病理的衰老大脑中脑淀粉样血管病的 3-D 分子图谱
  • 批准号:
    10555899
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 77.64万
  • 项目类别:
A National NHP Embryo Resource of Human Genetic Disease Models
国家NHP人类遗传病模型胚胎资源
  • 批准号:
    10556087
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 77.64万
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了