Role of heparan sulfate in neural cell vulnerability to prions
硫酸乙酰肝素在神经细胞对朊病毒的脆弱性中的作用
基本信息
- 批准号:10684301
- 负责人:
- 金额:$ 24.9万
- 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:2022-08-15 至 2025-07-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:Abeta clearanceAffectAgeAlzheimer&aposs DiseaseAlzheimer&aposs disease brainAmyloid beta-ProteinAnimal ModelAstrocytesBindingBrainBrain regionCause of DeathCell membraneCell surfaceCellsCerebellumChemicalsDependenceDiseaseEngineeringEnvironmentExtracellular MatrixGlycocalyxGlycoproteinsGoalsHeparan Sulfate ProteoglycanHeparinHeparitin SulfateHippocampusIGF Type 2 ReceptorIn VitroLengthLesionLysosomesMalignant NeoplasmsMass Spectrum AnalysisMeasuresMediatingMentorsMicrogliaMolecularMolecular ConformationMusNerve DegenerationNeurodegenerative DisordersNeuronsOligodendrogliaPathogenesisPathway interactionsPatientsPatternPersonsPhysiologicalPilot ProjectsPopulationPost-Translational Protein ProcessingPrPPrion DiseasesPrionsProtein IsoformsProteinsResearchRoleSenile PlaquesSulfateTailTechniquesTestingTrainingTropismVariantabeta oligomerage related neurodegenerationagedcell typedesigndifferential expressiondisease phenotypein vivoinnovationmannose 6 phosphatemast cellmimeticsmisfolded proteinmouse modelneuroblastoma cellneuroprotectionnew therapeutic targetpolysulfated glycosaminoglycanpreventprotein aggregationrational designtherapeutic targettransmission processuptake
项目摘要
PROJECT SUMMARY / ABSTRACT
A major unresolved question in neurodegenerative disease is the mechanisms that drive selective cell
vulnerability. Heparan sulfate proteoglycans (HSPGs) are glycoproteins that promote oligomerization of amyloid-
β and prions in vitro and slow the clearance of amyloid-β in the brain of an Alzheimer’s disease mouse model.
HSPGs interact with misfolded proteins through their HS chains and promote their internalization in immortalized
neural cells. This protein aggregate uptake is profoundly impacted by the HS length and level of sulfation which,
importantly, broadly differ between cell types. We and others have used highly sulfated HS-like glycopolymers
to test the crucial role of HS in the interaction and in vitro replication of prions. However, the composition of
endogenous HS and their specific roles in healthy aged and disease-affected brain are unknown. I found that
mice expressing shorter HS chains showed prolonged survival and profoundly altered prion plaque distribution
in brain when infected with a plaque-forming prion strain, but did not show any change in the prion disease
phenotype caused by aggregate-forming prions. Here I will define the HS molecules that bind to physiological
and misfolded prion protein in different neuronal populations. I hypothesize that the interaction of HS with
misfolded prions is a major determinant underlying the selective cell vulnerability in prion disease. In
Aim 1, I will determine the role of HS sulfation in the prion replication i) in vitro, using HS isolated from distinct
neuronal populations, and ii) in vivo, by mouse models deficient in HS sulfation. I will measure how the variation
in the HS sulfation impacts the PrP cell tropism and lesion targets in the brain, and how age affects HS
composition. I will next manipulate the HS composition in different neuronal populations i) to measure the
selective cell uptake of prions strains and their degree of dependence on HS (Aim 2), and ii) to test a new strategy
to block prion progression based on using HSPG mimetics as vehicles to promote prion degradation in
lysosomes (Aim 3). I expect to define the molecular mechanisms underlying selective cell vulnerability in prion
disease and to discover new targets for the rational design of neuroprotective therapies for patients with prion
disease. Due to the many commonalities between the pathogenesis of prion disease and Alzheimer’s disease, I
plan to ultimately extend my research strategy to the study of cell targeting by amyloid-β. This K99/R00
application is an ideal pathway to independence that is supported by an outstanding group of mentors and
advisors, extensive training in highly innovative techniques, a world-class scientific environment, and clear
departmental commitment.
项目概要/摘要
神经退行性疾病中一个尚未解决的主要问题是驱动选择性细胞的机制
硫酸乙酰肝素蛋白聚糖(HSPG)是促进淀粉样蛋白寡聚化的糖蛋白。
β 和朊病毒在体外并减缓阿尔茨海默病小鼠模型大脑中β淀粉样蛋白的清除。
HSPG 通过其 HS 链与错误折叠的蛋白质相互作用,并促进其在永生化中的内化
这种蛋白质聚集体的摄取受到 HS 长度和硫酸化水平的深刻影响,
我们和其他人使用了高度硫酸化的类 HS 糖聚合物。
测试 HS 在朊病毒相互作用和体外复制中的关键作用。
我发现内源性 HS 及其在健康老年人和受疾病影响的大脑中的具体作用尚不清楚。
表达较短 HS 链的小鼠表现出更长的生存期和显着的朊病毒斑块分布
当感染形成斑块的朊病毒株时,大脑中出现了这种变化,但朊病毒病没有表现出任何变化
由形成聚集体的朊病毒引起的表型在这里我将定义与生理学结合的 HS 分子。
以及不同神经元群体中错误折叠的朊病毒蛋白,我利用了 HS 的相互作用。
错误折叠的朊病毒是朊病毒疾病中选择性细胞脆弱性的主要决定因素。
目标 1,我将确定 HS 硫酸化在朊病毒复制中的作用 i) 在体外,使用从不同的
神经元群体,以及 ii) 体内,通过缺乏 HS 硫酸化的小鼠模型,我将测量变化如何。
HS 硫酸化影响大脑中 PrP 细胞的趋向性和病变目标,以及年龄如何影响 HS
接下来我将操纵不同神经群体中的 HS 组成 i) 来测量
细胞对朊病毒株的选择性摄取及其对 HS 的依赖程度(目标 2),以及 ii) 测试新策略
基于使用 HSPG 模拟物作为载体来阻止朊病毒进展,以促进朊病毒降解
我希望定义朊病毒选择性细胞脆弱性的分子机制。
疾病并发现合理设计朊病毒患者神经保护疗法的新靶点
由于朊病毒病和阿尔茨海默病的发病机制有许多共同点,我认为
计划最终将我的研究策略扩展到淀粉样蛋白-β 的细胞靶向研究。
申请是获得独立的理想途径,并得到优秀导师和团队的支持
顾问、高度创新技术的广泛培训、世界一流的科学环境以及清晰的
部门承诺。
项目成果
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