Defining cell type-specific functions for the selective autophagy receptor p62 in neurons and astrocytes

定义神经元和星形胶质细胞中选择性自噬受体 p62 的细胞类型特异性功能

基本信息

  • 批准号:
    10676686
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 4.77万
  • 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:
    2023-09-01 至 2025-02-28
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Project Summary. Neurons and astrocytes have unique demands in regulating the quality of their proteome. A key regulator of the proteome is autophagy, a lysosomal degradation pathway. During autophagy, cytoplasmic components are packaged into autophagosomes and delivered to lysosomes for cargo degradation. Autophagy is neuroprotective, as mutations in key autophagy genes cause neurodegeneration. Preliminary studies show that autophagy is regulated differently in neurons and astrocytes in multiple paradigms of stress. Despite the importance of autophagy, how it is regulated in neurons and astrocytes to facilitate cell- type specific functions and stress responses is largely unknown. Thus, the goal for this proposal is to define cell-type specific functions for the autophagy receptor p62 in neurons and astrocytes. P62 facilitates selective forms of autophagy by binding to ubiquitinated substrates and the autophagy marker LC3, thereby incorporating cargo into a forming autophagosome. P62 mitigates proteotoxic stress by targeting protein aggregates to the autophagy pathway. Additionally, p62 mitigates oxidative stress by targeting Keap1, a negative regulator of the antioxidant transcription factor NRF2, for degradation by autophagy. To examine functions of p62 in each cell type, we established a robust system to coculture neuron and astrocytes. This system recapitulates intercellular interactions found in vivo, and provides an easily manipulatable system for studying cell-type specific p62 function with high resolution. Using the coculture, I found by immunostain that metabolic stress (autophagy activator) induces formation of p62-ubiquitin positive structures (i.e., ubiquitinated cargo) only in neurons. Moreover, blocking ubiquitination significantly reduces p62 puncta formation and degradation in neurons as compared to astrocytes in basal and stress conditions. Astrocytes are crucial to combating oxidative stress, but the role of p62 in this pathway in astrocytes is largely unknown. I found that oxidative stress induces p62 levels selectively in astrocytes. Thus, I hypothesize that p62 functions primarily in selective autophagy in neurons, and primarily in the antioxidant pathway in astrocytes. Importantly, ALS-linked mutations in p62 fall in domains important for each function. But how p62 protects against neurodegeneration in each cell type is not understood. I hypothesize that ALS-linked mutations in p62 domains that are important for selective autophagy and antioxidant function will impair p62 function in neurons and astrocytes, respectively. To test these hypotheses, I will (Aim 1) define cell-type specific functions of p62 in neurons and astrocytes, and (Aim 2) determine the effects of ALS-linked mutations on p62 function in neurons and astrocytes. This study will elucidate cell-type specific contributions of neurons and astrocytes to neurodegeneration. In turn, understanding cell-type specific contributions to ALS will enable opportunities for more targeted and specified therapies to mitigate neurodegeneration.
项目摘要。神经元和星形胶质细胞在调节蛋白质组质量方面有独特的要求。一个 蛋白质组的关键调节因子是自噬,一种溶酶体降解途径。在自噬过程中,细胞质 成分被包装到自噬体中并输送到溶酶体进行货物降解。 自噬具有神经保护作用,因为关键自噬基因的突变会导致神经退行性变。初步的 研究表明,在多种应激模式下,神经元和星形胶质细胞的自噬受到不同的调节。 尽管自噬很重要,但它如何在神经元和星形胶质细胞中进行调节以促进细胞自噬 类型的特定功能和应激反应在很大程度上是未知的。因此,本提案的目标是 定义神经元和星形胶质细胞中自噬受体 p62 的细胞类型特异性功能。 P62 促进 通过与泛素化底物和自噬标记物 LC3 结合来选择性形式的自噬,从而 将货物掺入正在形成的自噬体中。 P62 通过靶向蛋白质减轻蛋白毒性应激 聚集到自噬途径。此外,p62 通过靶向 Keap1(一种 抗氧化转录因子 NRF2 的负调节因子,通过自噬降解。检查 p62 在每种细胞类型中的功能,我们建立了一个强大的系统来共培养神经元和星形胶质细胞。这 系统概括了体内发现的细胞间相互作用,并提供了一个易于操作的系统 高分辨率研究细胞类型特异性 p62 功能。使用共培养,我通过免疫染色发现 代谢应激(自噬激活剂)诱导 p62-泛素正结构的形成(即泛素化 货物)仅存在于神经元中。此外,阻断泛素化可显着减少 p62 斑点的形成, 与基础和应激条件下的星形胶质细胞相比,神经元的退化。星形胶质细胞对于 对抗氧化应激,但 p62 在星形胶质细胞中这一途径中的作用很大程度上未知。我发现 氧化应激选择性诱导星形胶质细胞中的 p62 水平。因此,我假设 p62 的功能 主要涉及神经元的选择性自噬,以及星形胶质细胞的抗氧化途径。 重要的是,p62 中与 ALS 相关的突变落在对每个功能都很重要的域中。但p62如何保护 每种细胞类型中针对神经退行性变的作用尚不清楚。我推测 ALS 相关突变 对于选择性自噬和抗氧化功能很重要的 p62 结构域会损害 p62 分别在神经元和星形胶质细胞中发挥作用。为了检验这些假设,我将(目标 1)定义细胞类型 p62 在神经元和星形胶质细胞中的特定功能,以及(目标 2)确定 ALS 相关突变的影响 神经元和星形胶质细胞中 p62 的功能。这项研究将阐明神经元的细胞类型特异性贡献 和星形胶质细胞导致神经变性。反过来,了解细胞类型对 ALS 的特定贡献将有助于 更有针对性和更具体的治疗方法来减轻神经退行性变的机会。

项目成果

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