A molecular investigation of retinoic acid-dependent homeostatic synaptic plasticity

视黄酸依赖性稳态突触可塑性的分子研究

基本信息

  • 批准号:
    10613502
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 54.22万
  • 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:
    2020-05-01 至 2025-04-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Principal Investigator: Chen, Lu Summary Our research focuses on uncovering the molecular mechanisms of a form of non-Hebbian synaptic plasticity, namely homeostatic synaptic plasticity. In contrast to the self-reinforcing nature of Hebbian plasticity, homeostatic plasticity operates under different rules as a “corrective” mechanism to prevent run-away Hebbian plasticity. Compared to Hebbian plasticity, the molecular and cellular mechanisms underlying homeostatic synaptic plasticity is much less understood, and their implication in neuropsychiatric disorders is largely unexplored. Work from our labs in the past years show that retinoic acid (RA) signaling, a major signaling pathway mediating homeostatic synaptic plasticity, is severely impaired in the absence of FMRP expression, resulting in a lack of homeostatic plasticity in both mouse and human FXS neurons. Moreover, we demonstrate that under a more natural, enriched environment, compromised homeostatic synaptic plasticity in adult mice induces run away Hebbian plasticity as manifested by greatly enhanced LTP and diminished LTD. As a behavioral consequence, animals with defective homeostatic plasticity exhibit enhanced learning but reduced behavioral flexibility when raised in enriched environment. Together, our work establishes a link between synaptic RA signaling, homeostatic plasticity and cognitive function, and suggests that impaired homeostatic plasticity may contribute to cognitive deficits in FXS. The goal of the proposed research project is to gain further understanding of the molecular and cellular mechanisms of RA-dependent homeostatic plasticity. Specifically, we will focus on three aspects of RA signaling in the context of homeostatic synaptic plasticity: the trans-synaptic cell adhesion molecule neurexins, the BDNF-TrkB retrograde signaling, and the functional interaction between FMRP and RA receptor RARα. Together, results from this proposed study will identify new candidate molecular tools for investigating in vivo function of homeostatic synaptic plasticity, and also provide insight into discovering new drug targets for treating FXS and potentially other mental disorders. Relevance This project will investigate molecular mechanisms through which synaptic RA signaling regulates synaptic strength in a homeostatic manner. Recent studies using FXS model mice and human FXS patient neurons establish that defective RA-dependent homeostatic synaptic plasticity is a major synaptic dysfunction phenotype associated with fragile-x syndrome. Thus, uncovering additional molecular players critically involved in homeostatic plasticity will provide the opportunity to discover new drug targets for treating FXS and other forms of mental illness in which circuit maladaptation due to compromised homeostatic plasticity is a major contributor to disease symptoms. PHS 398/2590 (Rev. 11/07) Page 1 Summary
首席研究员:陈,卢 概括 我们的研究重点是揭示一种非赫比亚突触形式的分子机制 可塑性,即体内稳态可塑性。与Hebbian可塑性的自我增强性质相反, 稳态可塑性在不同的规则下运行,作为防止逃亡Hebbian的“纠正”机制 可塑性。与Hebbian可塑性相比,稳态的分子和细胞机制 突触可塑性知之甚少,它们在神经精神疾病中的影响很大 意外。过去几年我们实验室的工作表明视黄酸(RA)信号传导,这是一个主要信号传导 介导稳态突触可塑性的途径在没有FMRP表达的情况下严重受损 导致小鼠和人FXS神经元缺乏稳态可塑性。而且,我们证明了 在更自然,丰富的环境下,成年小鼠的稳态可塑性受损 诱导的Hebbian可塑性逃离了,这表现为LTP的大大增强和LTD的减少。作为 行为后果,稳态可塑性有缺陷的动物暴露了增强的学习,但减少了 在丰富的环境中提高行为灵活性。我们的工作共同建立了联系 突触RA信号传导,稳态可塑性和认知功能,并表明稳态损害 可塑性可能有助于FXS中的认知定义。拟议的研究项目的目标是进一步获取 了解RA依赖性稳态可塑性的分子和细胞机制。具体来说, 我们将重点介绍在稳态突触可塑性的背景下RA信号传导的三个方面:反式突触 细胞粘附分子神经氧素,BDNF-TRKB逆行信号传导和功能相互作用 FMRP和RA受体RARα。总之,这项拟议的研究的结果将确定新的候选分子 调查体内稳态突触可塑性功能的工具,并提供有关发现的洞察力 用于治疗FXS和可能其他精神障碍的新药物。 关联 该项目将研究突触RA信号传导调节突触的分子机制 以稳态方式的力量。使用FXS模型小鼠和人FXS患者神经元的最新研究 确定有缺陷的RA依赖性稳态突触可塑性是主要的突触功能障碍表型 与脆弱的X综合征有关。那,发现其他分子玩家严格涉及 稳态可塑性将为发现治疗FX和其他形式的新药物目标提供机会 精神疾病,在这种疾病中,由于稳态可塑性受损而导致的电路疾病是主要因素的主要因素 疾病症状。 PHS 398/2590(Rev. 11/07)第1页摘要

项目成果

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