Hyperfibrinogenemia and sphingolipid-mediated cerebrovascular permeability and memory impairment during TBI

TBI期间高纤维蛋白原血症和鞘脂介导的脑血管通透性和记忆障碍

基本信息

  • 批准号:
    10855710
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 75万
  • 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:
    2023-08-15 至 2024-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary Increased blood content of fibrinogen (Fg), e.g. hyperfibrinogenemia (HFg) is a risk factor for Alzheimer's disease (AD). As it occurs during neuroinflammation, it is a risk factor for AD & related disorders (ADRD), including vascular cognitive impairment & dementia (VCID). Our goal is to characterize the role of a novel mechanistic pathway, namely Fg-sphingolipid-caveolae nexus during traumatic brain injury (TBI) as an example of ADRD, which is accompanied with HFg. Our data indicate that cortical contusion injury (CCI)-induced HFg enhances cerebrovascular permeability mainly via caveolar protein transcytosis leading to Fg deposition in extravascular space and resulting in greater formation of Fg and cellular prion protein complexes resulting in short-term memory (STM) reduction, typically occurring in AD. We showed that HFg increased Fg binding to endothelial intercellular adhesion molecule-1 (ICAM-1) enhancing formation of functional caveolae & exocytosis via activation of ERK-1/2 and caveolin-1 (Cav-1). We found that HFg upregulated de novo sphingolipid synthesis pathway & caveolar transcytosis using mitochondrial ATP. A selective inhibitor of sphingolipid synthesis pathway ameliorated the HFg- triggered caveolar protein transcytosis in mouse brain endothelial cells, & importantly, reduced cerebrovascular protein transcytosis after CCI. Based on these results, we hypothesize that at elevated levels, Fg, through binding to its endothelial receptor ICAM-1, activates sphingolipid production resulting in increased caveolar protein transcytosis in ECs that is supported by ATP generated in mitochondria. A corollary hypothesis is that an enhanced caveolar Fg transcytosis contributes to STM reduction similar to that during AD. Specific aims are: (1) Determine whether the increased interaction of Fg with endothelial ICAM-1 enhances formation of functional caveolae via production of Cer, GlcCer, and SPM sphingolipids and thereby increases caveolae-mediated protein transcytosis. (2) Determine whether increased interaction of Fg with ECs enhances mitochondrial activity using up energy for caveolar protein transcytosis. (3) Determine whether inhibition of de novo sphingolipid synthesis attenuates HFg- induced increased formation of functional caveolae decreasing caveolar protein transcytosis and thus, ameliorates the STM reduction during TBI. To test mechanisms of HFg-induced caveolar transcytosis via sphingolipid signaling we will use WT, HFg, and endothelium-specific serine palmitoyltransferase long chain-2 gene knockout (Sptlc2endo-/-) and HFg/Sptlc2endo-/- mice generated by Cre/lox method, with or without CCI. The dual-tracer probing method will be used to define changes in caveolar transcytosis. Loss-of-function strategy (specific siRNAs against ICAM-1 & Cav-1) and specific inhibitors of sphingolipid synthesis will be used. Immunohistochemistry and intravital, confocal, electron, total internal reflection fluorescence, and fluorescence resonance energy transfer microscopies will be used. Changes in STM will be assessed by a novel object recognition and Y-maze tests. These studies will provide insight into the role of sphingolipids in mechanisms of cerebrovascular permeability & may unveil new therapeutic targets for one of the leading causes of VCID.
项目概要 血液中纤维蛋白原 (Fg) 含量增加,例如高纤维蛋白原血症(HFg)是阿尔茨海默病的危险因素 (广告)。由于它发生在神经炎症期间,因此它是 AD 及相关疾病 (ADRD) 的危险因素,包括 血管性认知障碍和痴呆(VCID)。我们的目标是描述一种新颖机制的作用 途径,即创伤性脑损伤 (TBI) 期间的 Fg-鞘脂-小窝连接,作为 ADRD 的一个例子, 伴随着HFg。我们的数据表明皮质挫伤损伤 (CCI) 诱导的 HFg 增强 脑血管通透性主要通过小凹蛋白转胞吞作用导致Fg沉积在血管外 空间并导致更多的 Fg 和细胞朊病毒蛋白复合物形成,从而产生短期记忆 (STM) 减少,通常发生在 AD 中。我们发现 HFg 增加了 Fg 与内皮细胞间质的结合 粘附分子-1 (ICAM-1) 通过激活 ERK-1/2 增强功能性小凹的形成和胞吐作用 和caveolin-1 (Cav-1)。我们发现 HFg 上调从头鞘脂合成途径和小凹 使用线粒体 ATP 进行转胞吞作用。鞘脂合成途径的选择性抑制剂可改善 HFg- 触发小鼠脑内皮细胞中的小窝蛋白转胞吞作用,重要的是,减少脑血管 CCI 后的蛋白质转胞吞作用。基于这些结果,我们假设在升高的水平下,Fg 通过结合 与其内皮受体 ICAM-1 结合,激活鞘脂生成,导致小凹蛋白增加 EC 中的转胞吞作用由线粒体中产生的 ATP 支持。一个推论假设是,增强的 小凹 Fg 转胞吞作用有助于 STM 减少,类似于 AD 期间的情况。具体目标是: (1) 确定 Fg 与内皮细胞 ICAM-1 相互作用的增加是否通过以下方式增强功能性小窝的形成 Cer、GlcCer 和 SPM 鞘脂的产生,从而增加小凹介导的蛋白质转胞吞作用。 (2) 确定 Fg 与 EC 相互作用的增加是否会增强线粒体活性,消耗能量 小凹蛋白转胞吞作用。 (3) 确定抑制鞘脂从头合成是否会减弱 HFg- 诱导功能性小窝形成增加,减少小窝蛋白转胞吞作用,从而改善 TBI 期间 STM 减少。通过鞘脂测试 HFg 诱导的小穴转胞吞作用的机制 我们将使用 WT、HFg 和内皮特异性丝氨酸棕榈酰转移酶长链 2 基因敲除信号 (Sptlc2endo-/-) 和 HFg/Sptlc2endo-/- 小鼠通过 Cre/lox 方法产生,有或没有 CCI。双示踪剂探测 方法将用于定义小窝转胞吞作用的变化。功能丧失策略(针对特定 siRNA) 将使用 ICAM-1 和 Cav-1) 和鞘脂合成的特定抑制剂。免疫组织化学和活体内, 共焦、电子、全内反射荧光和荧光共振能量转移显微镜 将被使用。 STM 的变化将通过新颖的物体识别和 Y 迷宫测试进行评估。这些研究将 深入了解鞘脂在脑血管通透性机制中的作用并可能揭示新的 VCID 主要原因之一的治疗目标。

项目成果

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