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.

项目概要/摘要 雷特综合征 (RTT) 是导致女孩和妇女严重智力障碍的主要原因。 RTT 通常会发展到 6-18 个月，此时会出现类似自闭症的行为以及有目的的手部使用和行为方面的缺陷。 转录调节因子甲基 CpG 结合蛋白开始出现功能丧失突变。 2 (MECP2) 发生在 >95% 的 RTT 病例中。最初，研究人员将神经元中的 MeCP2 缺陷视为 然而，最近的研究表明神经胶质细胞在 RTT 中具有病理作用。 研究尚未揭示Mecp2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大脑功能的影响在这项研究中，我们建议检查。 小脑中特定的胶质细胞亚型伯格曼胶质细胞 (BG) 对运动和社交的贡献 我们将重点关注 BG，因为 (1) 小脑干扰可能会导致运动和运动障碍。 RTT 中的社交缺陷和 (2) BG 是小脑中的主要神经胶质亚型。 使用一系列 BG 中缺乏 Mecp2 的条件敲除 (cKO) 小鼠的小脑功能 方法，包括细胞内全细胞记录、单个单位和局部场的体内记录 基因编码的 Ca2+、谷氨酸和多巴胺 (DA) 传感器的电位、体内和离体成像 （分别为 GCaMP7、iGluSnFr 和 dLight1.1）、光遗传学、化学遗传学、近超分辨率 共焦显微镜和使用公正的机器学习方法的行为评估。 初步结果表明 Mecp2 缺陷小鼠的 BG 存在缺陷，包括较高的 BG 表达水平 AMPA 受体 (AMPAR) 的 GluA1 亚基和去极化膜电位。 初步证据表明 DAergic 通过激活 D1 受体 (D1R) 调节 BG 对小脑的 DAergic 输入进行电刺激或光遗传学刺激与运动和运动高度相关。 RTT 中的社会症状中，调节 GluA1 表面插入的 D1R 的表达水平在 Mecp2 KO 小鼠。我们培育出小脑中的 BG 在运动和运动方面具有病理生理学作用 我们提出了两个目标：（1）定义 Mecp2 中的小脑 BG 功能障碍。 cKO 小鼠；; (2) 描述 Mecp2 cKO 小鼠小脑 BG 的 DAergic 调节。 将阐明星形胶质细胞功能受损的 DAergic 调节对小脑依赖性 行为，这不仅对 RTT 产生广泛影响，而且对其他相关脑部疾病也产生广泛影响。 伴有小脑功能障碍。