Novel Mechanisms of Pesticide-Induced Neurotoxicity

农药引起的神经毒性的新机制

基本信息

  • 批准号:
    9906057
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 33.37万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-04-01 至 2022-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Abstract Environmental exposure to neurotoxic pesticides has been increasingly recognized as a key etiological factor of sporadic Parkinson’s disease (PD). Despite the established link, deciphering the neurotoxicological mechanisms associated with chronic pesticide exposure and its role in the etiopathogenesis of PD has been challenging. Thus, our research proposal intends to explore a novel paradigm in environmental neurotoxicology by studying the acetylation of histone proteins during pesticide exposure using animal models of pesticide neurotoxicity. Among various classes of pesticides, exposure to mitochondria-impairing neurotoxic pesticides, e.g., rotenone, has been linked to the etiology of PD. Mechanistically, exposure to rotenone and another related pesticide, pyridaben, inhibits mitochondrial complex-1 and impairs proteasomal function in neuronal cells. Dopaminergic neurons have been shown to be highly vulnerable to rotenone-induced neurotoxicity. While studying proteasomal dysfunction in mitochondria-impairing pesticide-induced neurotoxicity, we unexpectedly discovered that rotenone- and pyridaben-induced proteasomal inhibition resulted in the accumulation of the major histone acetyltransferase enzyme CBP (CREB-binding protein), which further contributed to acetylation of histones H3 and H4 to promote apoptotic cell death in dopaminergic neurons. Since hyperacetylation of histones is emerging as a key molecular mechanism capable of producing long-term changes in gene expression profiles due to chromatin remodeling, we propose to explore this novel mechanism in the molecular events underlying nigral dopaminergic neuronal damage in chronic mitochondria- impairing pesticide-induced neurotoxicity models. This work will be accomplished by pursuing the following specific objectives: i) Map the hyperacetylation sites of core histones H3 and H4 in dopaminergic neuronal cultures following mitochondria-inhibiting neurotoxic pesticide exposure, ii) Characterize cellular mechanisms of pesticide-induced hyperacetylation of histones H3 and H4 by examining the contributions of various isoforms of histone acetyltransferases (HATs) and histone deacetylases (HDACs), and iii) Determine histone acetylation pattern in chronic rotenone or pyridaben animal models of pesticide neurotoxicity as well as in a progressive mitochondrial dysfunction-induced transgenic mouse model of PD, confirm the changes in acetylation patterns and HAT/HDAC homeostasis in human PD brain tissues, and define the functional significance of histone hyperacetylation-dependent signaling relevant to neurotoxic pesticide-induced neuronal degeneration. Cellular, molecular and neurochemical approaches will be used to delineate these objectives. Collectively, the proposed study represents a novel approach in pesticide neurotoxicological research since the work will provide a comprehensive understanding of the histone hyperacetylation mechanisms pertaining to environmentally- induced nigral dopaminergic neuronal toxicity as it relates to the etiopathogenesis of environmentally-linked PD.
抽象的 环境暴露于神经毒性农药已越来越被认为是关键的病因 零星帕金森氏病(PD)的因素。尽管建立了链接,但破译了神经毒理学 与慢性农药暴露有关的机制及其在PD的疗法发生中的作用一直是 具有挑战性的。这是我们的研究建议打算探索环境中的新型范式 神经毒理学通过使用动物模型研究农药暴露期间组蛋白的乙酰化。 在各种农药中,暴露于线粒体受损的神经毒性 农药,例如烤面包酮,已与PD的病因有关。从机械上讲,暴露于烤面包酮和 另一个相关的农药吡啶本抑制线粒体复合物1,并损害蛋白酶体功能 神经元细胞。多巴胺能神经元已显示出高度容易受到rotorone诱导的 神经毒性。同时研究线粒体受损农药诱导的蛋白酶体功能障碍 神经毒性,我们意外地发现rotorone-和吡啶本诱导的蛋白酶体抑制 导致主要组蛋白乙酰转移酶CBP(CREB结合蛋白)的积累 这进一步有助于组蛋白H3和H4的乙酰化以促进多巴胺能细胞死亡 神经元。由于组蛋白的高乙酰化是一种能够产生的关键分子机制 由于染色质重塑而引起的基因表达谱的长期变化,我们建议探索这一新颖 慢性线粒体中ni骨多巴胺能神经元损伤的分子事件的机制 损害农药引起的神经毒性模型。这项工作将通过追求以下内容来完成 特定目标:i)在多巴胺能神经元中绘制核心组蛋白H3和H4的高乙酰化位点 线粒体抑制神经毒性农药暴露后的培养物,ii)表征细胞机制 通过检查各种同工型的贡献 组蛋白乙酰基转移酶(帽子)和组蛋白脱乙酰基酶(HDAC)和III)确定组蛋白乙酰化 慢性葡萄干酮或吡啶替酮神经毒性的模型以及渐进式的模型 线粒体功能障碍诱导的PD的转基因小鼠模型,确认乙酰化模式的变化 人类PD脑组织中的HAT/HDAC稳态,并定义组蛋白的功能意义 与神经毒性农药诱导的神经元变性有关的高乙酰化依赖性信号传导。细胞 分子和神经化学方法将用于描述这些目标。共同提议 研究代表了农药神经毒理学研究的一种新方法,因为该工作将提供 对与环境有关的组蛋白高乙酰化机制的全面理解 与环境链接的PD的疗法发生有关,诱导的ni骨多巴胺能神经元毒性。

项目成果

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