Neurobiological significance of Aqp4 stop codon readthrough

Aqp4 终止密码子通读的神经生物学意义

基本信息

  • 批准号:
    10451765
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 24.9万
  • 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:
    2021-07-15 至 2024-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary/Abstract Soluble amyloid beta (Aβ) oligomers trigger tau tangle formation, neuronal cell loss, synaptic dysfunction and cognitive decline seen in Alzheimer's disease (AD). The water channel Aquaporin 4 (Aqp4) is a key component of the Aβ removal machinery in the brain, as evidenced by ~ 55% reduction in Aβ removal in Aqp4-/- mice. Specifically, astrocyte endfeet-concentrated Aqp4 is shown to be both required for removing Aβ during sleep and perturbed in AD, suggesting that restoring Aqp4 to endfeet can improve the outcome of AD. I find that this endfeet-localized Aqp4 is a stop codon readthrough version of Aqp4. I performed ribosome footprinting (RF), deep-sequencing of ribosome-protected mRNA fragments, in the mouse brain and detected reads mapping to the 3' untranslated region of Aqp4, suggesting that ribosomes read past the stop codon and make a C- terminally extended version of Aqp4 (Aqp4X hereafter). Using an antibody against the readthrough epitope, I show that Aqp4X is exclusive to the perivascular endfeet, whereas the normal un-extended Aqp4 is confined elsewhere along the astrocyte membrane. Therefore, the objective of this project is to determine if Aqp4 readthrough enhances Aβ clearance and thus improve AD outcome. I propose 3 aims to meet this objective. In aim 1, I will determine if Aqp4X has altered efficacy in eliminating Aβ compared to Aqp4. I will express either Aqp4X or Aqp4 using viral transduction in the hippocampi of APP/PS1+/- transgenic mice, and use a novel micro-immunoelectrode technology to measure the rate of Aβ removal from the interstitial fluid in live mice. Next, on the Aqp4-/- nice that I have acquired and Aqp4No_X mice that I have generated, I will use ELISA to measure their total brain Aβ levels, with or without viral rescue. I will also examine Aqp4No_X mice for memory and other behavioral deficits. In aim 2, I will identify the chemical and genetic regulators of Aqp4 readthrough using drug screening and CRISPRi screening, respectively. Finally, in aim 3, as an independent investigator, I will determine the AD-related pathophysiological consequences arising from the loss of endfeet Aqp4. To this end, I will examine Aqp4No_X mice for possible structural and functional defects in the BBB and neuronal-activity dependent gene regulation in the hippocampus. I will also cross these mice with APP/PS1 mice and test if Aβ burden and behavioral deficits escalate when an AD mouse loses endfeet Aqp4. Thus, aim 1 will test the necessity and sufficiency of the two Aqp4 versions in Aβ clearance, aim 2 will allow future studies on potential therapeutics and biological regulators, and aim 3 will further elucidate the role Aqp4X plays in AD.
项目概要/摘要 可溶性 β 淀粉样蛋白 (Aβ) 寡聚物会引发 tau 缠结形成、神经元细胞损失、突触功能障碍和 阿尔茨海默病 (AD) 中出现的认知能力下降水通道蛋白 4 (Aqp4) 是一个关键成分。 Aqp4-/- 小鼠中 Aβ 去除减少约 55% 就证明了这一点。 具体而言,星形胶质细胞末端浓缩的 Aqp4 被证明是睡眠期间去除 Aβ 所必需的 并在 AD 中受到干扰,表明将 Aqp4 恢复到 endfeet 可以改善 AD 的结果。 endfeet-localized Aqp4 是 Aqp4 的终止密码子通读版本,我进行了核糖体足迹 (RF), 对小鼠大脑中核糖体保护的 mRNA 片段进行深度测序,并检测到映射到的读数 Aqp4 的 3' 非翻译区域,表明核糖体读过终止密码子并生成 C- Aqp4 的末端延伸版本(以下简称 Aqp4X)。 表明 Aqp4X 只存在于血管周围终足,而正常未延伸的 Aqp4 则受到限制 因此,该项目的目标是确定 Aqp4 是否存在。 通读可增强 Aβ 清除率,从而改善 AD 结局。 我提出了 3 个目标来实现这一目标,在目标 1 中,我将确定 Aqp4X 是否改变了消除功效。 Aβ 与 Aqp4 相比,我将使用病毒转导在海马中表达 Aqp4X 或 Aqp4。 APP/PS1+/-转基因小鼠,并采用新型微免疫电极技术测量Aβ率 接下来,在我获得的 Aqp4-/- 和 Aqp4No_X 上进行去除。 对于我培育的小鼠,我将使用 ELISA 来测量它们的大脑总 Aβ 水平,无论是否含有病毒 我还将检查 Aqp4No_X 小鼠的记忆和其他行为缺陷。在目标 2 中,我将确定哪些缺陷。 使用药物筛选和 CRISPRi 筛选对 Aqp4 的化学和遗传调节因子进行通读, 最后,在目标 3 中,作为独立研究者,我将确定 AD 相关的问题。 端足 Aqp4 缺失引起的病理生理后果 为此,我将检查 Aqp4No_X。 小鼠 BBB 可能的结构和功能缺陷以及神经元活动依赖性基因调控 我还将这些小鼠与 APP/PS1 小鼠进行杂交,测试 Aβ 负荷和行为。 当 AD 小鼠失去末端 Aqp4 时,缺陷会加剧。因此,目标 1 将测试 Aqp4 的必要性和充分性。 Aβ 清除中的两个 Aqp4 版本,目标 2 将允许未来对潜在的治疗和生物学研究 目标 3 将进一步阐明 Aqp4X 在 AD 中的作用。

项目成果

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  • 资助金额:
    $ 24.9万
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