Cholinergic Neuron Degeneration in Mn Neurotoxicity

锰神经毒性中的胆碱能神经元变性

基本信息

  • 批准号:
    9906056
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 32.96万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-04-01 至 2022-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

4.2. Project Summary (Abstract): The long-term goal of the proposed research is to understand the role of the cholinergic system in manganese (Mn)-induced neurological dysfunction. Today, millions of welders, smelters, and miners in the United States (US) and throughout the world are chronically exposed to Mn- containing fumes, aerosols, and particles on a regular basis. Furthermore, drinking water with naturally high Mn concentrations is now recognized as an important source of chronic Mn exposure to large segments of the population in the US and globally. Therefore, the number of humans that are potentially exposed to neurotoxic levels of Mn worldwide are much larger than previously recognized, making it a public health problem of global proportion. Exposure to contemporary levels of Mn results in impairments in working memory and executive function and produces deficits in fine motor control and postural stability. These neurological effects of chronic Mn exposure are likely to have a pathophysiology that involves multiple neuronal systems. Previous studies from our laboratory have shown that chronic exposure to moderate levels of Mn in non-human primates produces dysfunction of nigrostriatal dopaminergic (DAergic) neurons by inhibiting striatal dopamine release. We now find a marked loss of striatal cholinergic interneurons (ChI) and these findings challenge the current dogma of Mn-induced pathophysiology from a solely DAergic perspective to one in which there is disruption of the DAergic-Cholinergic balance in the basal ganglia. Cholinergic neurons are important in the physiology of cognition, emotion, compulsive behavior, locomotion, and gait, domains that are affected in Mn-induced neurological dysfunction. Here, we also provide initial evidence that chronic Mn exposure in non-human primates results in an apparent basal forebrain cholinergic neuron loss or injury similar to what is found in Alzheimer's disease and other neurodegenerative disorders. Thus, we propose to rigorously characterize the effect of chronic Mn exposure on choline acetyltransferase (ChAT)-positive cholinergic neurons in the caudate/putamen/nucleus accumbens as well as in the basal forebrain and pedunculopontine nucleus in the non-human primate brain (specific aim 1). These studies will use rigorous unbiased stereological cell counting and soma size determination methods. We will also determine the effect of chronic Mn exposure on vesicular acetylcholine transporter (vAChT) in cholinergic axon terminals and varicosities (specific aim 2) to assess if chronic Mn exposure produces cholinergic neuron axonopathy. Finally, we will examine the role of neurotrophic factors on the Mn-induced loss of cholinergic neurons (specific aim 3) by measuring concentrations of Brain-Derived Neurotrophic Factor and Nerve Growth Factor in relevant brain regions. The proposed studies will provide a more precise mechanistic understanding of Mn-induced pathophysiology that can lead to the development of cholinergic- and/or neurotrophic factor- based therapies for the treatment of Mn-induced neurological dysfunction.
4.2。项目摘要(摘要):拟议研究的长期目标是了解 锰(MN)诱导的神经功能障碍的胆碱能系统。今天,数百万的焊工, 冶炼厂和美国(美国)和全世界的矿工长期暴露于Mn- 定期含有烟雾,气溶胶和颗粒。此外,自然饮用水 现在将Mn浓度视为慢性MN暴露于大段的重要来源 在美国和全球的人口。因此,可能暴露于神经毒性的人数 全球MN的水平比以前认可的要大得多,这使其成为全球的公共健康问题 部分。接触现代水平的MN导致工作记忆和高管的损害 功能并产生精细运动控制和姿势稳定性的缺陷。慢性的这些神经效应 MN暴露可能具有涉及多个神经元系统的病理生理学。先前的研究 从我们的实验室表明,非人类灵长类动物中长期暴露于中等水平的MN 通过抑制纹状体多巴胺释放,会导致骨纹状体多巴胺能(DAER)神经元功能障碍。 现在,我们发现纹状体胆碱能中间神经元(CHI)明显丧失,这些发现挑战了电流 从唯一的daergic角度来看,MN诱导的病理生理学的教条 基底神经节中的daergic-胆碱能平衡。 胆碱能神经元在认知,情绪,强迫行为,运动的生理学中很重要 和步态,在MN诱导的神经功能障碍中受到影响的结构域。在这里,我们还提供初始 非人类灵长类动物的慢性MN暴露导致明显的基础前脑胆碱能 神经元丧失或损伤类似于阿尔茨海默氏病和其他神经退行性疾病中发现的神经元。 因此,我们建议严格地表征慢性MN暴露对胆碱乙酰转移酶的影响 (聊天) - 尾状/梭子/核伏伏氏菌以及基础中的阳性胆碱能神经元 非人类灵长类动物大脑中的前脑和花梗核(特定目标1)。这些研究会 使用严格的公正立体细胞计数和SOMA大小测定方法。我们也会 确定慢性MN暴露对胆碱能轴突中囊泡乙酰胆碱转运蛋白(VACHT)的影响 末端和静脉曲张(特定目标2),以评估慢性MN暴露是否产生胆碱能神经元 轴突病。最后,我们将研究神经营养因子对MN诱导的胆碱能丧失的作用 神经元(特定目标3)通过测量脑源性神经营养因子和神经生长的浓度 相关大脑区域的因素。拟议的研究将提供更精确的机械理解 MN诱导的病理生理学可以导致胆碱能和/或神经营养因子的发展 基于MN诱导的神经功能障碍的疗法。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Behavioral and neurochemical studies of inherited manganese-induced dystonia-parkinsonism in Slc39a14-knockout mice.
  • DOI:
    10.1016/j.nbd.2021.105467
  • 发表时间:
    2021-10
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Rodichkin AN;Edler MK;McGlothan JL;Guilarte TR
  • 通讯作者:
    Guilarte TR
Pathophysiological studies of aging Slc39a14 knockout mice to assess the progression of Manganese-Induced Dystonia-Parkinsonism.
  • DOI:
    10.1016/j.neuro.2022.09.005
  • 发表时间:
    2022-09
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Alexander N. Rodichkin;Melissa K. Edler;J. McGlothan;T. Guilarte
  • 通讯作者:
    Alexander N. Rodichkin;Melissa K. Edler;J. McGlothan;T. Guilarte
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