Shank3 and the Par polarity complex in neurodevelopmental disorders
Shank3 和 Par 极性复合体在神经发育障碍中的作用
基本信息
- 批准号:10390824
- 负责人:
- 金额:$ 41.3万
- 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:2021-09-15 至 2024-03-14
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:AMPA ReceptorsActinsAdaptor Signaling ProteinAffectBehavioralBiochemicalBiological AssayBiosensorBiotinylationBrainCognitiveCognitive deficitsComplementComplexDataDefectDendritic SpinesDiseaseEpithelial CellsFluorescence Resonance Energy TransferGenesGeneticGlutamatesHippocampus (Brain)ImageImaging TechniquesKnock-in MouseLightLinkMutant Strains MiceMutateMutationNeurodevelopmental DisorderNeuronsPARD6A genePHluorinPhosphorylationProteinsRegulationResolutionRoleScaffolding ProteinSchizophreniaSignal TransductionSiteStimulusStructureSurfaceSymptomsSynapsesSynaptic plasticityTestingVertebral columnautism spectrum disorderbehavioral outcomebehavioral phenotypingcognitive performanceconditional knockoutimaging approachin vivolive cell imagingmolecular imagingmouse modelmutantnanoclusterrecruitscaffoldspatiotemporalsynaptic functiontraffickingtwo-photon
项目摘要
Project Summary
Autism Spectrum Disorders (ASD) and schizophrenia are two distinct neurodevelopmental disorders with
certain shared symptoms. Yet the underlying synaptic mechanisms leading to these distinct and shared
behavioral phenotypes remain elusive. Both disorders show a strong genetic component, and recent studies
have pointed to a number of shared genes that are mutated in both ASD and schizophrenia. One of the most
prominent monogenic genes for both disorders is SHANK3, which encodes a synaptic scaffolding protein.
However, the mechanisms by which Shank3 mutations differentially affect synaptic functions are still unclear. A
recent study in epithelial cells shows Shank2 interacts with the partitioning-defective (Par) polarity complex,
which includes Par3, Par6 and atypical PKC (aPKC). Consistent with this, our preliminary data show that
Shank3 interacts with aPKC in vivo, and this interaction is reduced in the Par3 conditional knockout
hippocampus. Interestingly, we found that aPKC activation is reduced in Shank3 ASD-associated InsG3680
mutant mouse brains, while an overactivation of aPKC is observed in Shank3 schizophrenia-associated
R1117X mutant brains. Thus, we hypothesize that Shank3 targets the Par polarity complex to synapses
and regulates its activation. ASD- and schizophrenia-associated Shank3 mutations will result in
differential dysregulation of aPKC activation, leading to distinct changes in synaptic plasticity and
behavioral defects. In the first aim, we will test the hypothesis that dendritic spine structural plasticity is
differentially affected by Shank3 ASD and schizophrenia mutants through dysregulated activation of aPKC. In
Aim 2, we will test the hypothesis that dysregulation of aPKC activation in Shank3 mutants leads to altered
AMPA receptor (AMPAR) trafficking and nanodomain localization at the spine surface. Our studies will utilize
advanced molecular imaging techniques, including τSTED super resolution imaging, FRET and FRAP live cell
imaging, combined with two-photon glutamate uncaging-induced dendritic spine structural plasticity. We will
also complement these imaging approaches with biochemical analyses in SHANK3 ASD and schizophrenia-
associated mutant knockin mouse models. Together, our proposed studies will establish a mechanistic link
between Shank3 and the Par polarity complex in regulating synaptic plasticity in neurodevelopmental disorders
including ASD and schizophrenia. As Par3 is genetically linked to ASD, schizophrenia, and high cognitive
performance, our studies will shed light on the role of a Shank3-Par polarity signaling complex in cognitive
defects in neurodevelopmental disorders.
项目概要
自闭症谱系障碍 (ASD) 和精神分裂症是两种不同的神经发育障碍
然而,导致这些独特和共同症状的潜在突触机制。
这两种疾病的行为表型仍然难以捉摸,而且最近的研究表明,这两种疾病都有很强的遗传因素。
指出了自闭症谱系障碍和精神分裂症中发生突变最多的一些共享基因。
这两种疾病的主要单基因基因是 SHANK3,它编码突触支架蛋白。
然而,Shank3 突变差异影响突触功能的机制仍不清楚。
最近对上皮细胞的研究表明 Shank2 与分区缺陷 (Par) 极性复合物相互作用,
其中包括 Par3、Par6 和非典型 PKC(aPKC),我们的初步数据表明:
Shank3 在体内与 aPKC 相互作用,并且这种相互作用在 Par3 条件敲除中减少
提示,我们发现 Shank3 ASD 相关的 InsG3680 中 aPKC 激活减少。
突变小鼠大脑,而在与精神分裂症相关的 Shank3 中观察到 aPKC 过度激活
R1117X 突变大脑因此,我们追踪 Shank3 将 Par 极性复合体靶向突触。
并调节其激活。 ASD 和精神分裂症相关的 Shank3 突变将导致
aPKC 激活的差异性失调,导致突触可塑性和突触可塑性的明显变化
在第一个目标中,我们将检验树突棘结构可塑性的假设。
Shank3 ASD 和精神分裂症突变体通过 aPKC In 激活失调而受到不同程度的影响。
目标 2,我们将测试 Shank3 突变体中 aPKC 激活失调导致改变的假设
我们的研究将利用 AMPA 受体 (AMPAR) 运输和脊柱表面的纳米结构域定位。
先进的分子成像技术,包括τSTED超分辨率成像、FRET和FRAP活细胞
成像,结合双光子谷氨酸释放诱导的树突棘结构可塑性。
还通过 SHANK3 ASD 和精神分裂症的生化分析来补充这些成像方法
我们提出的研究将共同建立相关的突变敲入小鼠模型。
Shank3 和 Par 极性复合体在调节神经发育障碍中突触可塑性方面的作用
包括自闭症谱系障碍 (ASD) 和精神分裂症。As Par3 与自闭症谱系障碍 (ASD)、精神分裂症和高认知能力有遗传相关。
性能,我们的研究将揭示 Shank3-Par 极性信号复合物在认知中的作用
神经发育障碍的缺陷。
项目成果
期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
SHANK3 Mutations Associated with Autism and Schizophrenia Lead to Shared and Distinct Changes in Dendritic Spine Dynamics in the Developing Mouse Brain.
与自闭症和精神分裂症相关的 SHANK3 突变会导致小鼠大脑发育中的树突棘动力学发生共同且独特的变化。
- DOI:
- 发表时间:2023-09-15
- 期刊:
- 影响因子:3.3
- 作者:Huang, Chengyu;Voglewede, Mikayla M;Ozsen, Elif Naz;Wang, Hui;Zhang, Huaye
- 通讯作者:Zhang, Huaye
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