Late/chronic corneal injury following threat chemical exposure
威胁化学品暴露后的晚期/慢性角膜损伤
基本信息
- 批准号:10676950
- 负责人:
- 金额:$ 45.6万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2022
- 资助国家:美国
- 起止时间:2022-09-01 至 2025-08-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:AcuteAgricultureAnatomyAnimalsAutophagocytosisAutophagosomeBiogenesisBlindnessCadaverCarbamatesChemical ExposureChemicalsChlorineChronicClinicalCorneaCorneal InjuryDataDefectDiagnostic ImagingDisinfectantsEndothelial CellsEuthanasiaEventExposure toEyeFluoresceinGenesGoalsHealthHistologicHomeostasisHumanIn VitroKeratoconusKnowledgeLinkMaintenanceMediatingMethodsMicroscopeMicroscopyModelingMolecularMolecular TargetMorbidity - disease rateMusNew ZealandOptical Coherence TomographyOrgan Culture TechniquesOryctolagus cuniculusPatientsPeriodicalsPersonsPesticidesPhenotypePilot ProjectsPlayPrimary Cell CulturesPublic HealthPublicationsPublishingRecordsReportingRodent ModelRoleSymptomsSystemTechniquesTestingThinnessTimeToxic effectTransmission Electron MicroscopyUnited States National Institutes of Healthchemical threatclinical diagnosticscorneal epitheliumdensityexperiencegenetic signaturein vivomicroscopic imagingmultimodalitynovelnovel strategiesophthalmic examinationpreventprogramstomographytonometrytool
项目摘要
Abstract
Exposure of Carbofuran (CF; a pesticide) and Chlorine (Cl2; a bleaching and warfare agent) to humans is a major
public health issue. Over 3 million people exposed to CF/Cl2 show high ocular morbidity. A major gap in
knowledge is lack of mechanistic data “how CF/Cl2 exposure causes corneal injury and vision loss”? We test a
novel hypothesis that mTORC1-mediated dysfunctional autophagosome formation and lysosomal biogenesis
are a dominant operating mechanism for corneal damage from exposure of these threat chemicals (CF/Cl2).
Autophagy and lysosomal biogenesis play a key role in corneal homeostasis and transparency maintenance.
Our hypothesis is based on a human-patient study identifying defective autophagy the cause of slow and
progressive corneal thinning and vision loss in keratoconus patients. Pilot studies performed with mice and donor
human corneas strongly supports our novel hypothesis. The main goal of this project is to test our hypothesis
employing highly rigorous approach using 2 threat chemicals (CF and Cl2) and 2 animal species (C57BL/6J mice
and New Zealand White rabbits) and applicability of postulated mechanism in human using donor human cornea
derived organ culture and primary cell culture models using two entirely independent but integrated specific aims.
Aim-1 defines clinical signs and underline mechanism of late/chronic corneal toxicity caused by CF exposure to
the eye using 3 sub-aims: (1a) records clinical signs and changes in the phenotype and density of corneal
epithelial, stromal keratocytes, and endothelial cells in CF +/- exposed eyes of live rabbits and mice in vivo every
two weeks interval with slit-lamp, HRT3-RCM confocal, Specular, and Spectralis optical coherence tomography
microscopy system until 6 months, (1b) defines the mechanism by analyzing autophagosomal and lysosomal
signature genes (ATGs, LC3, SQSTM1/p62, LAMP1, mTORC1, TFEB, & vATPase) in CF +/- exposed corneas
of 2 species collected at 1, 2, 4, and 6 months, and (1c) verifies applicability of postulated mechanism in human
using cadaver corneas. Aim-2 defines clinical symptoms and underline mechanism of late/chronic corneal
toxicity caused by Cl2 exposure to the eye using 3 sub-aims: (2a) records clinical signs and changes in the
phenotype and density of corneal epithelial, stromal keratocytes, and endothelial cells in Cl2 +/- eyes of live
rabbits and mice in vivo, (2b) elucidates Cl2-induced corneal damage by studying autophagosomal and
lysosomal signatures stated in aim-1b in Cl2 +/- corneas of 2 species, and (2c) verifies applicability of mechanism
in humans using control donor human corneas employing an experimental approach and techniques stated in
Aim-1a-c. With proposed studies, we expect to define start time, extent, and duration of symptoms after CF and
Cl2 exposure in live animals, role of mTORC1 mediated autophagic events in CF/Cl2 exposed corneas and
signature autophagosomal and lysosomal genes linked to CF/Cl2 mediated corneal toxicity. Successful
completion of studies is expected to fill many knowledge gaps and advance ocular counterACT field significantly.
抽象的
人类接触呋喃丹(CF;一种杀虫剂)和氯(Cl2;一种漂白剂和战剂)是一个主要的危险因素。
超过 300 万人暴露于 CF/Cl2,眼部发病率较高。
知识缺乏机制数据“CF/Cl2 暴露如何导致角膜损伤和视力丧失”?
mTORC1 介导功能失调的自噬体形成和溶酶体生物发生的新假设
是接触这些威胁化学物质 (CF/Cl2) 导致角膜损伤的主要操作机制。
自噬和溶酶体生物发生在角膜稳态和透明度维持中发挥关键作用。
我们的假设基于一项人类-患者研究,该研究确定了自噬缺陷是缓慢和缓慢的原因
对小鼠和供体进行的圆锥角膜患者进行性角膜变薄和视力丧失的初步研究。
人类角膜强烈支持我们的新假设 该项目的主要目标是检验我们的假设。
采用高度严格的方法,使用 2 种威胁化学品(CF 和 Cl2)和 2 种动物(C57BL/6J 小鼠)
和新西兰白兔)以及假设机制在使用供体人角膜的人体中的适用性
派生器官培养和原代细胞培养模型使用两个完全独立但综合的特定目标。
Aim-1 定义了 CF 暴露引起的晚期/慢性角膜毒性的临床症状和强调机制
眼睛使用 3 个子目标:(1a) 记录临床体征以及角膜表型和密度的变化
CF +/- 活体兔和小鼠暴露眼中的上皮细胞、基质角膜细胞和内皮细胞
间隔两周使用裂隙灯、HRT3-RCM 共焦、镜面反射和 Spectralis 光学相干断层扫描
显微镜系统直至 6 个月,(1b) 通过分析自噬体和溶酶体确定机制
CF +/- 暴露角膜中的特征基因(ATG、LC3、SQSTM1/p62、LAMP1、mTORC1、TFEB 和 vATPase)
在 1、2、4 和 6 个月收集的 2 个物种的样本,以及 (1c) 验证假设机制在人类中的适用性
使用尸体角膜定义了临床症状并强调了晚期/慢性角膜的机制。
Cl2 接触眼睛引起的毒性,使用 3 个子目标:(2a) 记录临床体征和眼部变化
Cl2 +/- 活体眼睛中角膜上皮、基质角膜细胞和内皮细胞的表型和密度
兔子和小鼠体内实验,(2b) 通过研究自噬体和
在 2 个物种的 Cl2 +/- 角膜中,aim-1b 中所述的溶酶体特征,以及 (2c) 验证机制的适用性
在人类中使用对照供体人类角膜,采用实验方法和技术
Aim-1a-c. 通过拟议的研究,我们期望确定 CF 和之后症状的开始时间、程度和持续时间。
活体动物中的 Cl2 暴露、mTORC1 在 CF/Cl2 暴露的角膜中介导的自噬事件的作用以及
与 CF/Cl2 介导的角膜毒性相关的特征自噬体和溶酶体基因。
研究的完成预计将填补许多知识空白并显着推进眼科 counterACT 领域的发展。
项目成果
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