Molecular and circuit defects underlying different SCN2A mutations and ASDs
不同 SCN2A 突变和自闭症谱系障碍 (ASD) 背后的分子和电路缺陷
基本信息
- 批准号:10596085
- 负责人:
- 金额:$ 64.34万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2019
- 资助国家:美国
- 起止时间:2019-06-07 至 2025-03-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:Action PotentialsAdultAffectAmygdaloid structureAxonBehaviorBehavioralBiological AssayBrainC-terminalCRISPR/Cas technologyCalmodulinCellsCharacteristicsClinicalCompensationDataDefectDetectionDevelopmentDiagnosisDisease modelDistalElectrophysiology (science)EquilibriumFiberFunctional disorderFundingGenesGeneticGoalsImpairmentInterneuronsLinkModelingMolecularMusMutationNeocortexNeuronsOutcomeOutputPhotometryPoint MutationPropertyProtein TruncationReportingRoentgen RaysSCN2A proteinSCN8A geneSocial BehaviorSocial InteractionSodium ChannelStructureSynapsesTechniquesTestingTherapeuticVariantWeaninganxiety-like behaviorautism spectrum disorderbehavioral phenotypingdesigner receptors exclusively activated by designer drugseffective therapyendophenotypeexcitatory neuronexome sequencinggenomic locusin vivoinsightloss of functionloss of function mutationmouse modelmutantneocorticalneural circuitneuronal excitabilitynovelrestorationsocial deficitstoolvoltage
项目摘要
ABSTRACT
The recent wave of whole exome sequencing studies places SCN2A, which encodes the neuronal voltage-
gated Na+ channel pore-forming α subunit NaV1.2, near top of the list of genetic loci linked to autism spectrum
disorders (ASDs). On the one hand, that NaV1.2 is an essential Na+ channel responsible for initiating action
potentials within excitatory neurons in the developing brain provides a rationale for the prominence of SCN2A.
On the other, most SCN2A mutations associated with ASDs are loss-of-function and predicted to decrease
neuronal excitability, an outcome that would lower the neocortical excitation/inhibition (E/I) balance and thus
contrast with the generally accepted model that behavior defects in ASDs, such as social dysfunction, result
from an increased E/I balance. This conundrum persists because of the absence of Scn2a mouse models that
reveal ASD-associated endophenotypes, thus limiting our ability to dissect the cellular electrophysiological
defects associated with Scn2a loss-of-function mutations and the consequent circuit level dysfunctions that
lead to ASD-associated behaviors. Building on x-ray crystal structures of key regulatory components of NaV1.2
that we solved and analyzed during the previous funding period, we obtained specific insights into how ASD-
associated mutations in NaV1.2 perturb channel function and alter E/I balance. Further, we generated two
novel Scn2a mouse models by CRISPR/Cas9 to test the specific contribution of Scn2a mutations in vivo. Initial
analyses of these models reveal abnormal Na+ channel function, decreased cortical neuron excitability, and
dysfunctional behaviors consistent with ASDs, while simultaneously demonstrating informative differences
between the two models. These models provide a unique set of tools that will allow us to trace abnormal
channel function through altered neuronal electrical activity to the consequent circuit-level dysfunction and the
resulting ASD endophenotypes.
We propose to exploit these novel Scn2a mutant models for the following Aims: 1) We will obtain detailed
information about their neuronal electrophysiological characteristics and synaptic properties, thereby defining
how Scn2a mutations perturb neuronal function. 2) We will employ fiber photometry and chemogenetic tools
(DREADDs) to test whether the Scn2a mutations decrease excitatory drive to the basolateral amygdala and
thereby produce the social dysfunction and impaired danger detection observed in our Scn2a mouse models.
3) We will exploit our initial electrophysiological findings to test a potential therapeutic strategy in which we aim
to counteract the reduced Na+ current associated with ASD-associated SCN2A loss-of-function mutations. Our
overall goals are to define the range of cellular dysfunction that results from Scn2a mutations and trace those
abnormalities through the circuit level to behavioral manifestations.
抽象的
最近一波全外显子组测序研究将编码神经元电压的 SCN2A 置于
门控 Na+ 通道成孔 α 亚基 NaV1.2,接近与自闭症谱系相关的遗传位点列表的顶部
一方面,NaV1.2 是负责启动作用的重要 Na+ 通道。
发育中大脑中兴奋性神经元的潜力为 SCN2A 的突出地位提供了理论依据。
另一方面,大多数与 ASD 相关的 SCN2A 突变都会导致功能丧失,并且预计会减少
神经元兴奋性,这种结果会降低新皮质兴奋/抑制(E/I)平衡,从而
与普遍接受的模型相反,该模型认为自闭症谱系障碍患者的行为缺陷(例如社交功能障碍)会导致
由于缺乏 Scn2a 小鼠模型,这个难题仍然存在。
揭示 ASD 相关的内表型,从而限制了我们剖析细胞电生理学的能力
与 Scn2a 功能丧失突变相关的缺陷以及随之而来的电路水平功能障碍
导致 ASD 相关行为的基础是 NaV1.2 关键调控成分的 X 射线晶体结构。
我们在上一个资助期间解决和分析了这些问题,我们获得了关于 ASD 如何-
NaV1.2 的相关突变扰乱通道功能并改变 E/I 平衡此外,我们生成了两个。
CRISPR/Cas9 的新型 Scn2a 小鼠模型,用于测试 Scn2a 突变在体内的具体贡献。
对这些模型的分析揭示了 Na+ 通道功能异常、皮质神经兴奋性降低以及
与自闭症谱系障碍一致的功能失调行为,同时表现出信息差异
这些模型提供了一组独特的工具,使我们能够跟踪异常情况。
通过改变神经电活动来调节通道功能,从而导致随后的电路水平功能障碍和
由此产生的 ASD 内表型。
我们建议利用这些新颖的 Scn2a 突变模型来实现以下目标:1)我们将获得详细的
有关其神经电生理特征和突触特性的信息,从而定义
Scn2a 突变如何扰乱神经元功能 2) 我们将采用光纤光度测定和化学遗传学工具。
(DREADD)测试 Scn2a 突变是否会降低基底外侧杏仁核的兴奋性驱动
从而产生在我们的 Scn2a 小鼠模型中观察到的社交功能障碍和危险检测受损。
3)我们将利用我们最初的电生理学发现来测试我们的目标的潜在治疗策略
抵消与 ASD 相关的 SCN2A 功能丧失突变相关的 Na+ 电流减少。
总体目标是确定 Scn2a 突变导致的细胞功能障碍的范围并追踪这些突变
从电路层面到行为表现的异常。
项目成果
期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Calmodulin binds to the N-terminal domain of the cardiac sodium channel Nav1.5.
钙调蛋白与心脏钠通道 Nav1.5 的 N 末端结构域结合。
- DOI:
- 发表时间:2020-12
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Wang, Zizun;Vermij, Sarah H;Sottas, Valentin;Shestak, Anna;Ross;Zaklyazminskaya, Elena V;Hudmon, Andy;Pitt, Geoffrey S;Rougier, Jean;Abriel, Hugues
- 通讯作者:Abriel, Hugues
Direct Observation of Compartment-Specific Localization and Dynamics of Voltage-Gated Sodium Channels.
直接观察电压门控钠通道的隔室特异性定位和动态。
- DOI:
- 发表时间:2022-07-13
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Liu, Hui;Wang, Hong;Pitt, Geoffrey;Liu, Zhe
- 通讯作者:Liu, Zhe
Scn2a severe hypomorphic mutation decreases excitatory synaptic input and causes autism-associated behaviors.
Scn2a 严重的低效态突变会减少兴奋性突触输入并导致自闭症相关行为。
- DOI:
- 发表时间:2021-08-09
- 期刊:
- 影响因子:8
- 作者:Wang, Hong;Bavley, Charlotte C;Li, Anfei;Jones, Rebecca M;Hackett, Jonathan;Bayleyen, Yared;Lee, Francis S;Rajadhyaksha, Anjali M;Pitt, Geoffrey S
- 通讯作者:Pitt, Geoffrey S
L-type calcium channels and neuropsychiatric diseases: Insights into genetic risk variant-associated genomic regulation and impact on brain development.
L型钙通道和神经精神疾病:深入了解遗传风险变异相关的基因组调控及其对大脑发育的影响。
- DOI:
- 发表时间:2023-12
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Baker, Madelyn R;Lee, Andrew S;Rajadhyaksha, Anjali M
- 通讯作者:Rajadhyaksha, Anjali M
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