Microglial regulation of neuronal activity in TDP-43 neurodegeneration
TDP-43 神经变性中神经元活动的小胶质细胞调节
基本信息
- 批准号:10667234
- 负责人:
- 金额:$ 218.82万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2023
- 资助国家:美国
- 起止时间:2023-05-15 至 2026-04-30
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:AddressAgingAlzheimer&aposs DiseaseAlzheimer&aposs disease related dementiaAmyotrophic Lateral SclerosisCellsCentral Nervous SystemCharacteristicsChronicDNA-Binding ProteinsDendritesDependenceDiseaseDisease ProgressionElectron MicroscopyFrontotemporal DementiaGene ExpressionGeneticGenetic InductionHeterogeneityHyperactivityImmuneMicrogliaModelingMusMyeloid CellsNerve DegenerationNeurodegenerative DisordersNeuronsPatientsPhaseProcessProliferatingRecoveryRegulationReportingRodRoleShapesSignal TransductionSynapsesTestingawakefrontotemporal lobar dementia amyotrophic lateral sclerosisgenetic approachglial activationimaging modalityimprovedin vivo two-photon imaginginnovationinsightmouse modelneuronal circuitryneuroprotectionneurotransmissionnovelprotein TDP-43protein aggregationreceptorresponsespatiotemporaltargeted treatmenttherapeutic targettwo-photon
项目摘要
PROJECT SUMMARY
Microglia, as the resident immune cells of the central nervous system, are key players in aging and
neurodegenerative diseases, such as Alzheimer’s disease (AD) and AD-related dementias (ADRD). However,
how microglia sense and regulate neurodegeneration remains largely unknown. TDP-43 is a DNA-binding
protein that is a main component of the protein aggregates found in amyotrophic lateral sclerosis (ALS),
frontotemporal lobar dementia (FTLD), and AD. We used inducible mouse model of TDP-43 translocation
(rNLS8) that can mimic characteristic features of TDP-43 related neurodegeneration. Utilizing in vivo two-
photon imaging, we have demonstrated that rNLS8 mice show neuronal hyperactivity in the cortex during
disease progression, which is associated with unique rod-shaped microglia aligning along neuronal dendrites
in the layer 4 cortex. Based on these exciting observations, we hypothesize that microglia have
neuroprotective roles by regulating cortical microcircuit and attenuating neuronal hyperactivity in
response to TDP-43 related neurodegeneration. We will test this hypothesis with the following three Aims:
Aim 1: Determine the functional heterogeneity of microglial activation in TDP-43 neurodegeneration.
We will use chronic, in vivo two-photon imaging to determine the spatiotemporal activation of microglia,
including process dynamics, landscape changes, and proliferation. In addition, we will examine microglial Ca2+
activity using a newly developed microglial GCaMP7s mouse line and TREM2 dependence. The results from
this aim will uncover microglial heterogeneity in different phases of TDP-43 related neurodegeneration.
Aim 2: Investigate how microglia regulate cortical microcircuits in TDP-43 neurodegeneration. We will
study microglia-neuron interactions in different cortical layers during disease progression and recovery in
rNLS8 mice using simultaneous two-photon and electron microscopy. We will also determine how microglial
TREM2 regulates neuronal circuits, particularly during the early phases of disease progress, in TDP-43 related
neurodegeneration.
Aim 3: Manipulate microglia as a potential therapeutic target in TDP-43 neurodegeneration. We will
precisely control microglial function using chemogenetics in the different phases of disease and delineate
microglial contributions. In addition, we will target TREM2 for treatment of TDP-43 related neurodegeneration.
Our group is perfectly poised to exploit novel methods of imaging microglia-neuron interactions and study their
precise function in aging and TDP-43 related neurodegeneration like ALS, FTLD and AD. These innovative
approaches will provide transformative insights into microglial mechanisms of regulating TDP-43 related
neurodegeneration and spawn putative therapeutic targets that will ultimately help patients with ALS, FTLD,
AD, and ADRD.
项目概要
小胶质细胞作为中枢神经系统的常驻免疫细胞,在衰老和衰老过程中发挥着关键作用。
神经退行性疾病,例如阿尔茨海默病 (AD) 和 AD 相关痴呆 (ADRD)。
小胶质细胞如何感知和调节神经退行性变仍然很大程度上未知。
蛋白质是肌萎缩侧索硬化症 (ALS) 中蛋白质聚集体的主要成分,
额颞叶痴呆 (FTLD) 和 AD 我们使用 TDP-43 易位的诱导小鼠模型。
(rNLS8) 可以利用体内二元模拟 TDP-43 相关神经变性的特征。
光子成像,我们已经证明 rNLS8 小鼠在皮层中表现出神经过度活跃
疾病进展,与沿神经元树突排列的独特杆状小胶质细胞有关
基于这些令人兴奋的观察,我们发现小胶质细胞在第 4 层皮质中具有
通过调节皮质微电路和减弱神经元过度活跃来发挥神经保护作用
我们将通过以下三个目标来检验这一假设:
目标 1:确定 TDP-43 神经变性中小胶质细胞激活的功能异质性。
我们将使用慢性体内双光子成像来确定小胶质细胞的时空激活,
包括过程动力学、景观变化和增殖。此外,我们将检查小胶质细胞 Ca2+。
使用新开发的小胶质细胞 GCaMP7s 小鼠系的活性和 TREM2 依赖性的结果。
这一目标将揭示 TDP-43 相关神经变性不同阶段的小胶质细胞异质性。
目标 2:研究小胶质细胞如何调节 TDP-43 神经变性中的皮质微电路。
研究疾病进展和恢复过程中不同皮质层的小胶质细胞-神经元相互作用
我们还将使用同步双光子和电子显微镜来确定 rNLS8 小鼠的小胶质细胞。
TREM2 在 TDP-43 相关疾病中调节神经回路,特别是在疾病进展的早期阶段
神经变性。
目标 3:将小胶质细胞作为 TDP-43 神经变性的潜在治疗靶点。
利用化学遗传学在疾病的不同阶段精确控制小胶质细胞功能并描绘
此外,我们将针对 TREM2 来治疗 TDP-43 相关的神经变性。
我们的小组完全准备好开发小胶质细胞-神经元相互作用成像的新方法并研究它们
衰老和 TDP-43 相关神经退行性疾病(如 ALS、FTLD 和 AD)的精确功能。
方法将为调节 TDP-43 相关的小胶质细胞机制提供变革性的见解
神经退行性变并产生假定的治疗靶点,最终将帮助患有 ALS、FTLD 的患者,
AD 和 ADRD。
项目成果
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