Determination of pathogenetic mechanisms in cortex-specific Sucla2 deficiency as a model for mitochondrial encephalopathy
确定皮质特异性 Sucla2 缺陷的发病机制作为线粒体脑病模型
基本信息
- 批准号:10629432
- 负责人:
- 金额:$ 54.06万
- 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:2022-06-01 至 2027-05-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:ACTL6B geneATAC-seqAcylationAdolescentAdultAllelesAnimalsBehavioralBehavioral AssayBindingBiological AssayBrainCardiomyopathiesCell NucleusCellsChemicalsChromatinCitric Acid CycleCognitiveCognitive deficitsComplexControl AnimalDataData SetDefectDevelopmentDimensionsDiseaseDissectionElectron TransportEmbryoEncephalopathiesEnergy MetabolismEnergy-Generating ResourcesEnzymesExhibitsFoodFunctional disorderFutureGene Expression ProfileGeneticHippocampusIntellectual functioning disabilityInvestigationKnock-outLearningLoxP-flanked alleleLysineMeasuresMemoryMetabolicMitochondriaMitochondrial DNAMitochondrial DiseasesMitochondrial EncephalomyopathiesModelingMolecularMotorMusMuscleMutant Strains MiceMyopathyNeurologic DysfunctionsNeuronsNuclearNuclear RNAOrganPathogenesisPathogenicityPathologicPathway interactionsPatternPhenotypePhysiologicalPloidiesPre-Clinical ModelProsencephalonProteinsProteomicsQuantitative Reverse Transcriptase PCRRoleSamplingScreening ResultSensorySuccinate-CoA LigasesTherapeuticTissue-Specific Gene ExpressionTissuesTransgenesTricarboxylic AcidsValidationcell cortexcell typecohortconditional knockoutdesignefficacious treatmentenzyme activityepigenomicsin vivoinnovationinsightmetabolic phenotypemetabolomicsmitochondrial dysfunctionmultiple omicsmutantnervous system disorderneuropathologynovel therapeutic interventionpostnatalprenatalscreeningtranscriptome sequencingtranscriptomics
项目摘要
Abstract
Mitochondrial encephalomyopathy with mitochondrial DNA (mtDNA) depletion is a class of
mitochondrial disease that causes neurological dysfunction with intellectual and developmental
disabilities and myopathy. Deficiency of ADP-specific succinyl-CoA synthetase (SCS), a
component of the TCA cycle, is one of the causes of mitochondrial encephalomyopathy with
mtDNA depletion. SCS is an important integration point of the TCA cycle, intersecting energy
metabolism and posttranslational succinylation. Previous studies have demonstrated that
embryonic mice homozygous for a constitutive mutant Sucla2 allele are embryonic lethal and
exhibit ADP-specific SCS deficiency and mtDNA depletion with detrimental effects on energy
metabolism. For this proposal, to generate adult Sucla2 deficient animals, a conditional
knockout strategy of Sucla2 limited to the postnatal forebrain is employed. Initial investigations
reveal that the mutant animals exhibit a defect in learning and memory and perturbations of
energy metabolism and global protein succinylation in the cortex in the absence of mtDNA
depletion. This proposal is based on the hypothesis that adult phenotypes of Sucla2
deficiency are caused by a combination of TCA cycle dysfunction and perturbations of
global posttranslational succinylation. The Sucla2-forebrain knockout model will be
analyzed by a targeted battery of behavioral assays designed to fully characterize different
cognitive domains for deficits. To determine the potential differential effects of developmental
timing of Sucla2 loss, a conditional knockout with prenatal onset of Sucla2 deficiency will also
be generated and subjected to longitudinal broad behavioral and in vivo physiological screening,
including basic motor, autonomic, sensory, and cognitive assays in both adolescent and adult
stages. Cortex from the forebrain conditional knockout model will be analyzed for
histopathological changes, metabolomic alterations, TCA and ETC enzyme activities, global
posttranslational succinylation and mtDNA content. An innovative approach using integrated
single nuclear (sn) RNA-seq and snATAC-seq to identify differential gene expression patterns
and alterations in chromatin accessibility landscape in different cortical cell types defined by
distinct expression clusters will be employed and the datasets used to inform histopathological
and metabolomic analyses. These studies will provide insights into the pathogenic mechanisms
of Sucla2/SCS deficiency and establish a preclinical model to explore and develop novel
therapeutic approaches.
抽象的
线粒体 DNA (mtDNA) 缺失的线粒体脑肌病是一类
线粒体疾病导致智力和发育神经功能障碍
残疾和肌病。 ADP 特异性琥珀酰辅酶 A 合成酶 (SCS) 缺乏
TCA 循环的组成部分,是线粒体脑肌病的病因之一
线粒体DNA耗尽。 SCS是TCA循环的重要整合点,与能量交叉
代谢和翻译后琥珀酰化。先前的研究表明
含有组成型突变体 Sucla2 等位基因的纯合胚胎小鼠是胚胎致死的,并且
表现出 ADP 特异性 SCS 缺乏和 mtDNA 耗尽,对能量产生不利影响
代谢。对于该提案,要产生 Sucla2 缺陷的成年动物,有条件
采用仅限于出生后前脑的 Sucla2 敲除策略。初步调查
揭示突变动物表现出学习和记忆缺陷以及扰动
没有 mtDNA 的情况下皮质中的能量代谢和整体蛋白质琥珀酰化
消耗。该提议基于这样的假设:Sucla2 的成体表型
缺乏是由 TCA 循环功能障碍和扰动共同引起的
全局翻译后琥珀酰化。 Sucla2-前脑敲除模型将是
通过一系列有针对性的行为分析进行分析,旨在充分表征不同的特征
认知领域的缺陷。确定发育的潜在差异效应
Sucla2 缺失的时机,产前出现 Sucla2 缺乏症的条件性敲除也将
生成并进行纵向广泛的行为和体内生理筛选,
包括青少年和成人的基本运动、自主、感觉和认知测定
阶段。将分析前脑条件敲除模型的皮层
组织病理学变化、代谢组学改变、TCA 和 ETC 酶活性、全球
翻译后琥珀酰化和 mtDNA 含量。使用集成的创新方法
单核 (sn) RNA-seq 和 snATAC-seq 用于识别差异基因表达模式
以及不同皮质细胞类型中染色质可及性景观的变化,定义为
将采用不同的表达簇和用于通知组织病理学的数据集
和代谢组学分析。这些研究将为致病机制提供见解
Sucla2/SCS缺陷的研究并建立临床前模型以探索和开发新的
治疗方法。
项目成果
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专利数量(0)
Succinyl-CoA Synthetase Dysfunction as a Mechanism of Mitochondrial Encephalomyopathy: More than Just an Oxidative Energy Deficit.
琥珀酰辅酶A合成酶功能障碍是线粒体脑肌病的机制:不仅仅是氧化能缺陷。
- DOI:
- 发表时间:2023-06-27
- 期刊:
- 影响因子:5.6
- 作者:Lancaster, Makayla S;Graham, Brett H
- 通讯作者:Graham, Brett H
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