Investigating chromatin-based mechanisms of astrocyte pathology during inflammation response and stress-induced behaviors

研究炎症反应和应激诱导行为期间基于染色质的星形胶质细胞病理学机制

基本信息

  • 批准号:
    10246177
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-08-14 至 2021-08-23
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Although MDD has been predominantly studied in the context of neuronal function, emerging evidence indicates that dysregulation of glia may be equally important – particularly during chronic neuroinflammation in response to stress, which is known to contribute to the pathophysiology of MDD. However, the cell-type specific transcriptional dynamics driving these processes remain unclear because traditional epigenetic chromatin accessibility profiling methods are not compatible with cell-type specific approaches. Our laboratory has recently implemented the newly developed technique FANS (Fluorescence-Activated Nuclear Sorting)-coupled ATAC- seq (Assay for Transposase-Accessible Chromatin-Sequencing) to profile the cell type-specific regulatory landscape in human MDD in orbitofrontal cortex (OFC), a brain region that processes reward-based decision- making and may mediate anhedonic symptoms in MDD. Interestingly, we only detected MDD-specific open chromatin regions (OCRs) in the glial, but not the neuronal OFC cell population. Gene set analyses of MDD- specific OCRs showed significant enrichment of astrocyte-specific genes regulating NF-KB inflammation response. Using motif discovery, I identified ZBTB7A, a chromatin remodeling protein with recognition sequences significantly overrepresented in MDD-specific OCRs. Recently, ZBTB7A has been shown to orchestrate chromatin accessibility for a distinct subset of delayed induction NF-Kb target genes, suggesting that ZBTB7A may regulate the transduction of chronic NF-Kb stress signals from adaptive to pathological. My pilot data has shown that ZBTB7A is upregulated in the OFC of both human MDD and in OFC astrocytes of a preclinical chronic social defeat stress (CSDS) mouse model, as well as in cultured murine primary astrocytes treated with LPS (a compound which induces NF-KB and inflammation). Given these preliminary data, I hypothesize that upregulation of ZBTB7A in OFC astrocytes acts as a pathogenic driver of pro- inflammatory NF-Kb activation in MDD through modulation of chromatin accessibility at key downstream target genes, leading to MDD-related behavioral deficits. In Aim 1, I will characterize the basic mechanisms of manipulating this chromatin remodeler at baseline and during inflammation stress by manipulating ZBTB7A levels in a cultured human primary astrocyte system, then treating with LPS or saline followed by assessment of astrocyte reactivity (IHC), chromatin accessibility (via ATAC-seq), epigenetic regulation (ChIP-seq) and gene expression (RNA-seq). In Aim 2, I will explore the therapeutic potential of targeting Zbtb7a by using novel astrocyte-specific viral vectors to determine if Zbtb7a is necessary and sufficient in the OFC to affect vulnerability to inflammation stress-induced behavioral deficits in a preclinical mouse model of social defeat stress. Together these experiments will offer enormous potential for new mechanistic insights into disease pathology in the context of a relatively understudied cell-type, astrocytes, in neuroinflammation and stress.
尽管在神经元功能的背景下,MDD主要是研究的,但新出现的证据表明 神经胶质的失调可能同样重要 - 尤其是在慢性神经炎症中的反应中 压力,已知有助于MDD的病理生理学。但是,细胞类型特异性 驱动这些过程的转录动力学仍然不清楚,因为传统表观遗传染色质 可访问性分析方法与细胞类型的特定方法不兼容。我们的实验室最近有 实施了新开发的技术风扇(荧光激活的核分选)与ATAC-耦合 SEQ(转座酶可访问的染色质测序测定),以介绍细胞类型特异性调节 人类MDD中的景观Orbitrontal Cortex(OFC),这是一个大脑区域,可处理基于奖励的决策 - 制作并可能介导MDD中的鼻鼻症状。有趣的是,我们仅检测到MDD特定的开放 神经胶质中的染色质区域(OCR),但没有神经元OFC细胞群。基因集MDD- 特定的OCR显示了调节NF-KB炎症的星形胶质细胞特异性基因的明显酶 回复。使用基序发现,我确定了ZBTB7A,这是一种具有识别的染色质重塑蛋白 在MDD特异性OCR中,序列明显过多。最近,ZBTB7A已被证明 编排染色质的可及性,用于延迟诱导NF-KB靶基因的不同子集,表明 ZBTB7A可能调节慢性NF-KB应力信号从适应性到病理的转导。我的飞行员 数据表明,ZBTB7A已在人类MDD和A的OFC中更新 临床前慢性社会失败压力(CSD)鼠标模型以及培养的鼠主要星形胶质细胞 用LPS处理(一种诱导NF-KB和炎症的化合物)。鉴于这些初步数据,我 假设OFC星形胶质细胞中ZBTB7A的上调是促进的致病驱动力 通过调节钥匙下游的染色质可及性,MDD中的炎症NF-KB激活 靶基因,导致与MDD相关的行为定义。在AIM 1中,我将表征基本机制 通过操纵ZBTB7A时在基线和炎症应力下操纵这种染色质改造的方法 培养的人类原代星形胶质细胞系统中的水平,然后用LPS或盐水处理,然后评估 星形胶质细胞反应性(IHC),染色质可及性(通过ATAC-SEQ),表观遗传调节(CHIP-SEQ)和基因 表达(RNA-seq)。在AIM 2中,我将使用新颖的 星形胶质细胞特异性病毒载体确定ZBTB7A是否需要OFC中的ZBTB7A来影响脆弱性 炎症压力诱导的行为在社交失败压力的临床前小鼠模型中定义。一起 这些实验将为对疾病病理学的新机械见解提供巨大的潜力 在神经炎症和压力中,相对了解的细胞类型,星形胶质细胞的背景。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
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专利数量(0)

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    $ 1万
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