Mitochondrial mechanisms and signaling in manganese exposure

锰暴露中的线粒体机制和信号传导

基本信息

  • 批准号:
    10734614
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 35.6万
  • 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:
    2023-08-16 至 2028-05-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Summary: This application focuses on a novel pathogenic mechanism that includes metal homeostasis, mitochondrial proteostasis and onset of neurological adverse effects for cognition and movement. We have identified the mitochondrial RNA granule, as a key initiator of neuronal responses to environmental and/or genetic insults that predispose an individual to disease. This RNA processing pathway in mitochondria resides upstream of the effects that have been attributed to manganese toxicity, including reduced respiratory chain activity, mitochondrial membrane depolarization, mitochondrial oxidative stress, leading to cell death. Our overall hypothesis is that manganese accumulation in mitochondria disrupts the mitochondrial RNA granule function and induces dsRNA accumulation as part of the toxicity mechanism. This disruption leads to the accumulation of dsRNA and reduced OXPHOS function and increased oxidative stress. Thus, the mitochondrial RNA granule offers us a molecular reporter of exposure and sensitivity to manganese and a potential target for neuroprotective interventions. Specific Aims: Aim 1: Identify molecular targets of manganese in mitochondria. Aim 2: Evaluate whether manganese-induced mitochondrial dysfunction induces dsRNA accumulation and pro-inflammatory responses. Aim 3: To test to what degree impaired mitochondrial RNA granule function modulates manganese sensitivity in human brain organoids and brain from wild type and SLC30a10 KO mouse. Study Design: We will employ cell models with genetic deficiencies in the manganese efflux transporter SLC30A10, which is sufficient to induce a parkinsonian syndrome in humans, as well as acutely and chronically manganese treated cells to identify Manganese binding proteins in mitochondria and to analyze the composition of the mitochondrial RNA granule by mass spectrometry approaches. RNA granule function will be studied by analyzing the processing of the mitochondrial polycistronic mitochondrial RNA in manganese challenged cells employing molecular counting with probes directed at unprocessed junctions in the transcripts. By knockout and over-expression of RNA granule components, we will assess whether mitochondrial RNA granule dysfunction is deleterious or adaptive. We will interrogate human brain organoids and mouse brain tissue for the molecular mechanisms identified in cell line models. Given the significant potential impact of RNA granule on mitochondrial function, we will evaluate whether drugs affecting mitochondrial RNA processing and downstream metabolism are neuroprotective to excess manganese exposure or exacerbate genetic vulnerability.
概括: 该应用重点关注一种新的致病机制,包括金属稳态、 线粒体蛋白质稳态和对认知和运动的神经系统不良影响的发生。我们 已经确定线粒体 RNA 颗粒是神经元对环境反应的关键启动子 和/或使个体易患疾病的基因损伤。该RNA加工途径 线粒体位于锰毒性影响的上游,包括 呼吸链活性降低、线粒体膜去极化、线粒体氧化 压力,导致细胞死亡。我们的总体假设是线粒体中锰的积累 破坏线粒体 RNA 颗粒功能并诱导 dsRNA 积累作为毒性的一部分 机制。这种破坏导致 dsRNA 的积累和 OXPHOS 功能的降低, 氧化应激增加。因此,线粒体 RNA 颗粒为我们提供了一个分子报告基因 对锰的暴露和敏感性以及神经保护干预的潜在目标。 具体目标: 目标 1:确定线粒体中锰的分子靶点。 目标 2:评估锰诱导的线粒体功能障碍是否会导致 dsRNA 积累 和促炎症反应。 目标 3:测试受损的线粒体 RNA 颗粒功能在多大程度上调节锰敏感性 在人脑类器官以及野生型和 SLC30a10 KO 小鼠的大脑中。 研究设计:我们将采用锰流出遗传缺陷的细胞模型 转运蛋白 SLC30A10,足以诱发人类帕金森综合症,以及 急性和长期锰处理的细胞以鉴定线粒体中的锰结合蛋白 并通过质谱方法分析线粒体 RNA 颗粒的组成。 通过分析线粒体多顺反子的加工来研究RNA颗粒的功能 采用探针定向分子计数法测定锰挑战细胞中的线粒体 RNA 在转录本中未处理的连接处。通过RNA颗粒的敲除和过度表达 成分,我们将评估线粒体 RNA 颗粒功能障碍是有害的还是适应性的。 我们将研究人脑类器官和小鼠脑组织的分子机制 在细胞系模型中鉴定。鉴于 RNA 颗粒对线粒体的重大潜在影响 功能,我们将评估药物是否影响线粒体 RNA 加工及其下游 新陈代谢对过量锰暴露或加剧遗传脆弱性具有神经保护作用。

项目成果

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