Innate Immune Mechanisms of Motor Neuron Injury

运动神经元损伤的先天免疫机制

基本信息

  • 批准号:
    7860441
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 21.25万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2009
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2009-06-05 至 2011-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): Health Relatedness: A central question in neurodegenerative diseases is how specific populations of neurons undergo cell death. Selective degeneration of motor neurons occurs in the setting of diverse insults including RNA viruses such as HIV and West Nile, and in heritable mutations of ubiquitously expressed genes such as SOD1. It is unclear why proteins that are ubiquitously expressed, or why viruses that are not specifically neurotropic, should render motor neurons selectively vulnerable to death. The selective vulnerability of motor neurons may relate to their unique metabolic demands or, alternatively, they may possess a repertoire of proteins that contextually favor cell-death pathways. We have identified expression of TLR3, an innate immune pattern recognition receptor for duplex RNA, on multiple neuronal populations. While TLR3 is expressed in all neurons examined, activation on cortical neurons or sensory neurons has no effect on cell survival. By contrast, activation of TLR3 results in selective loss of motor neurons in primary dissociated spinal cord cultures. Administration of a TLR3 agonist in neonatal mice results in a loss of islet-1 positive neurons within the ventral horns. A clue into the cause of selective motor neuron death may be the observation that TLR3 recruits either cell-death activating or repressing proteins and we found its activation induces cleaved caspase-3 in motor neurons exclusively. Long-term goals: Our long-term goal is to define the function of TLR3 as a potential mediator of motor neuron death in translational models of motor neuron disease. Our hypothesis is that activation of the TLR3 pathway induces selective death in motor neurons as a consequence of their unique vulnerability. Research Approach: In aim 1, we will further investigate the selective vulnerability of motor neurons to TLR3 mediated death by expanding on our existing preliminary data and studying the cellular mechanisms involved. Different neuronal populations will be assessed for cell death following TLR3 activation in comparison to motor neurons. We will then determine if TLR3 functions autonomously in motor neurons to cause death or if TLR3 functions in an additional glial cell type to cause motor neuron death using glial- neuronal co-cultures. We will also determine if TLR3 functions in vivo, in both neonatal and adult animals, to induce selective death of motor neurons by comparing TLR3 knock-outs with strain matched controls. In aim 2 we will study the molecular basis by which TLR3 mediates selective death of motor neurons. We will determine if the proximal adaptor protein TRIF is necessary for TLR3 mediated death of motor neurons using cell culture and in vivo models. We will examine the essential branch points of TLR3 signaling to determine if the balance of NF-kB and caspase-8 activation favors cell death in motor neurons and cell survival in other neuronal types. Since both viral and native cellular ligands exist for TLR3, this pathway represents a new and unique link between infection, cell injury, and motor neuron disease. PUBLIC HEALTH RELEVANCE: Selective motor injury occurs in a number of neurodegenerative diseases such as Primary Lateral Sclerosis, pure Hereditary Spastic Paraplegia, Kennedy's disease, Spinal Muscular Atrophy, Progressive Muscular Atrophy, and amyotrophic lateral sclerosis, as well as in viral diseases such as Polio, HIV, and West Nile. Why specific populations of motor neurons are selectively vulnerable to the genetic and environmental conditions associated with these diseases is unknown. We have identified a receptor termed TLR3 present on all neurons, that when activated, induces death to only motor neurons. This application pursues research to define the relevance of this finding to diseases of the motor neuron.
描述(由申请人提供): 健康相关性:神经退行性疾病的一个核心问题是特定的神经元群体如何经历细胞死亡。运动神经元的选择性变性发生在多种损伤的情况下,包括 HIV 和西尼罗河等 RNA 病毒,以及 SOD1 等普遍表达基因的遗传突变。目前还不清楚为什么普遍表达的蛋白质,或者为什么非特异性神经嗜性的病毒会选择性地使运动神经元容易死亡。运动神经元的选择性脆弱性可能与其独特的代谢需求有关,或者,它们可能拥有一系列有利于细胞死亡途径的蛋白质。我们已经鉴定出 TLR3(一种双链 RNA 的先天免疫模式识别受体)在多个神经元群体中的表达。虽然 TLR3 在所有检查的神经元中都有表达,但皮层神经元或感觉神经元的激活对细胞存活没有影响。相比之下,TLR3 的激活会导致原代分离脊髓培养物中运动神经元的选择性丧失。对新生小鼠施用 TLR3 激动剂会导致腹角内胰岛 1 阳性神经元的损失。选择性运动神经元死亡原因的一个线索可能是观察到 TLR3 募集细胞死亡激活蛋白或抑制蛋白,我们发现它的激活专门在运动神经元中诱导裂解的 caspase-3。长期目标:我们的长期目标是确定 TLR3 作为运动神经元疾病转化模型中运动神经元死亡的潜在介质的功能。我们的假设是,由于运动神经元独特的脆弱性,TLR3 通路的激活会导致运动神经元选择性死亡。研究方法:在目标 1 中,我们将通过扩展现有的初步数据并研究所涉及的细胞机制,进一步研究运动神经元对 TLR3 介导的死亡的选择性脆弱性。与运动神经元相比,将评估 TLR3 激活后不同神经元群的细胞死亡情况。然后,我们将使用胶质神经元共培养物确定 TLR3 是否在运动神经元中自主发挥作用以导致死亡,或者 TLR3 是否在其他神经胶质细胞类型中发挥作用以导致运动神经元死亡。我们还将通过比较 TLR3 敲除与菌株匹配对照,确定 TLR3 在新生和成年动物体内是否发挥作用,诱导运动神经元选择性死亡。在目标 2 中,我们将研究 TLR3 介导运动神经元选择性死亡的分子基础。我们将使用细胞培养和体内模型确定近端接头蛋白 TRIF 是否是 TLR3 介导的运动神经元死亡所必需的。我们将检查 TLR3 信号传导的重要分支点,以确定 NF-kB 和 caspase-8 激活的平衡是否有利于运动神经元的细胞死亡和其他神经元类型的细胞存活。由于 TLR3 的病毒配体和天然细胞配体都存在,因此该通路代表了感染、细胞损伤和运动神经元疾病之间新的、独特的联系。公共健康相关性:选择性运动损伤发生在许多神经退行性疾病中,例如原发性侧索硬化症、纯遗传性痉挛性截瘫、肯尼迪病、脊髓性肌萎缩症、进行性肌萎缩症和肌萎缩侧索硬化症,以及脊髓灰质炎等病毒性疾病、艾滋病毒和西尼罗河。为什么特定的运动神经元群体选择性地容易受到与这些疾病相关的遗传和环境条件的影响尚不清楚。我们已经鉴定出一种名为 TLR3 的受体存在于所有神经元上,当它被激活时,只会诱导运动神经元死亡。本申请旨在确定这一发现与运动神经元疾病的相关性。

项目成果

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