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

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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