Gene Expression Programs in Maturing Dopamine Neurons: Temporal Regulation, Subcellular Localization, and Alteration by Amphetamine

成熟多巴胺神经元中的基因表达程序:时间调节、亚细胞定位和安非他明的改变

基本信息

  • 批准号:
    10310429
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 5.18万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-01-15 至 2023-07-14
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Early initiation of drug use is associated with long-term poor social outcomes and higher rates of substance use disorders in adulthood. Altered dopamine (DA) neurotransmission in forebrain circuits is a hallmark of drug addiction and DA inputs to these circuits continue to mature into adolescence. Recent evidence suggests that adolescent drug exposure alters DA axonal maturation and disrupts proper forebrain development, resulting in persistent behavioral alterations that may increase the risk of drug addiction. In order to prevent long-term adverse outcomes related to adolescent drug use, we must understand the mechanisms by which drugs of abuse alter normal development of DA neurons. Postnatal development of DA neurons is complex: a small number of DA neurons must survive two rounds of cell death and mature their axonal innervation in expansive forebrain structures, suggesting tight regulation of developmental gene expression programs. These DA neuron developmental programs may be particularly susceptible to amphetamine, a psychostimulant drug of abuse that causes lasting changes in forebrain DA innervation when administered during early adolescence. This proposal will develop a precise understanding of gene expression in DA neurons across postnatal development and will analyze how early adolescent amphetamine exposure alters normal gene expression patterns. A combination of neuroanatomical, biochemical, next-generation sequencing, and systems biology approaches will be applied to a transgenic mouse that enables DA neuron-specific, genome-wide analysis of translating mRNAs. Aim 1 will identify changes in gene expression associated with 1) key transitional timepoints related to axonal growth and cell death in early postnatal development and 2) response to adolescent amphetamine exposure and prolonged axonal maturation during later postnatal development. Cell type-specific expression data will be used to elucidate and validate master regulator genes controlling DA neuron maturation. Aim 2 will explore the role of subcellular mRNA localization and protein synthesis in maturing DA neurons across the same conditions studied in Aim 1 (i.e., across postnatal development and following amphetamine exposure). The proposed research will enhance our understanding of DA neuronal cell biology and will have far reaching implications for the neurodevelopmental origins of drug addiction. This pre- doctoral fellowship will support rigorous scientific training of the applicant at Columbia University Medical Center. An interdisciplinary mentorship team with unique expertise will provide training in both neuroscience and systems biology, enhancing the applicant’s technical skills and professional development. The applicant will also undergo extensive clinical training, refining general clinical skills and providing field-specific exposure relevant to the applicant’s interest in neuropsychiatry. The activities proposed under this award will provide the applicant with the skills required to develop a successful career as an independent physician-scientist.
过早开始吸毒与长期不良的社会后果和较高的物质使用率有关 前脑回路中多巴胺(DA)神经传递的改变是药物的一个标志。 最近的证据表明,成瘾和这些回路的 DA 输入继续成熟。 青少年药物暴露会改变 DA 轴突成熟并扰乱正常的前脑发育,导致 持续的行为改变可能会增加吸毒成瘾的风险。 与青少年吸毒相关的不良后果,我们必须了解毒品的机制 滥用会改变 DA 神经元的正常发育 DA 神经元的出生后发育很复杂:很小。 一定数量的 DA 神经元必须在两轮细胞死亡中存活下来,并在扩张过程中使轴突神经支配成熟 前脑结构,表明这些 DA 严格调控发育基因表达程序。 发育中的神经元程序可能对安非他明(一种精神兴奋药物)特别敏感 在青春期早期施用时,滥用会导致前脑 DA 神经支配发生持久变化。 该提案将准确理解出生后 DA 神经元的基因表达 发育,并将分析青少年早期接触安非他明如何改变正常基因表达 神经解剖学、生物化学、下一代测序和系统生物学的结合。 方法将应用于转基因小鼠,从而实现 DA 神经元特异性、全基因组分析 目标 1 将识别与 1) 关键过渡相关的基因表达变化。 与出生后早期发育中的轴突生长和细胞死亡相关的时间点以及 2) 对 青少年苯丙胺暴露和产后发育过程中轴突成熟的延长。 类型特异性表达数据将用于阐明和验证控制 DA 的主调控基因 目标 2 将探索亚细胞 mRNA 定位和蛋白质合成的作用。 在目标 1 中研究的相同条件下使 DA 神经元成熟(即在出生后发育和 苯丙胺暴露后)。拟议的研究将增强我们对 DA 神经元细胞的理解。 生物学,并将对毒瘾的神经发育起源产生深远的影响。 博士奖学金将支持申请人在哥伦比亚大学医学院接受严格的科学培训 中心拥有独特专业知识的跨学科指导团队将提供神经科学方面的培训。 和系统生物学,提高申请人的技术技能和专业发展。 还将接受广泛的临床培训,提高一般临床技能并提供特定领域的接触 与申请人对神经精神病学的兴趣相关。该奖项提议的活动将提供 申请人具备作为独立医师科学家发展成功职业所需的技能。

项目成果

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