Which mechanisms of pollutant-induced mitochondrial dysfunction cause dopaminergic neurodegeneration?

污染物引起的线粒体功能障碍的哪些机制导致多巴胺能神经变性?

基本信息

  • 批准号:
    10606235
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 41.79万
  • 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:
    2023-01-01 至 2027-10-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Parkinson’s disease (PD) affects one to two percent of the population over age 60. Many treatments are costly, and while they temporarily alleviate symptoms, none currently available slow progression. Therefore, understanding the mechanistic basis of PD is critical to inform both preventive and therapeutic efforts. Environmental factors are important contributors to PD, and laboratory, clinical, and epidemiological studies have demonstrated a role for several specific chemical exposures. All of these chemicals affect mitochondria. However, there is strong evidence for association with PD for only a few chemicals, and because relatively few people are exposed to significant amounts of those chemicals, they collectively likely explain only a small fraction of PD. Recent high-throughput toxicological screens have demonstrated that hundreds if not thousands of chemicals in commerce cause mitochondrial dysfunction and toxicity. It is not possible to test all of these thoroughly, and yet regulatory action requires clear toxicological data. How can we rationally prioritize these chemicals for testing? A way forward is suggested by the fact that although these chemicals are all mitotoxicants, they have multiple mechanisms of toxicity. These include inhibition of all four electron chain complexes, ATP synthase, and Krebs cycle enzymes; redox cycling; mitochondrial DNA damage; and uncoupling of ATP production from oxygen consumption. We propose to narrow the focus of efforts to identify chemicals that could contribute to PD, by clarifying which of the many mechanisms by which chemicals cause “mitochondrial dysfunction” can contribute to dopaminergic neurodegeneration. We will define which specific forms of mitochondrial dysfunction result in dopaminergic neurodegeneration. We will also test whether key downstream outcomes, oxidative stress and ATP depletion, are required for dopaminergic neurodegeneration. This additional layer of mechanistic understanding lends itself to high-throughput screening, and may be informative for therapeutic efforts. We will test the causality of specific forms of mitochondrial dysfunction by using pollutants that act by different mitotoxic mechanisms; by comparing the timeline of energetic and oxidative stress changes with neurodegeneration; and by rescue experiments. In order to examine this large number of exposures in an in vivo, yet rigorous and highly replicated fashion, we will work in the model organism Caenorhabditis elegans. We are developing novel strains of C. elegans that will permit us to carry out aging-related, in vivo assessments of cell type-specific changes to all of these parameters, in the same individuals. Overall, results from this work will serve to mechanistically delimit the landscape of chemical exposures that could contribute to PD, guiding regulatory guideline development as well as justifying additional future research in vertebrate models and epidemiological studies.
帕金森病 (PD) 影响 1% 到 2% 的 60 岁以上人口。许多治疗方法 这些药物成本高昂,虽然它们可以暂时缓解症状,但目前没有一种药物可以缓慢进展。 因此,了解 PD 的机制基础对于预防和治疗至关重要 环境因素是 PD 的重要贡献者,实验室、临床和 流行病学研究已经证明了几种特定化学物质暴露的作用。 然而,有强有力的证据表明,只有少数化学物质与帕金森病有关。 化学品,而且由于接触大量这些化学品的人相对较少, 它们可能共同解释了最近高通量毒理学筛查的一小部分。 已经证明商业中数百甚至数千种化学物质会导致线粒体 不可能彻底测试所有这些,但需要采取监管行动。 明确的毒理学数据我们如何合理地确定这些化学品的测试优先顺序? 尽管这些化学物质都是有丝分裂毒剂,但它们 具有多种毒性机制,包括抑制所有四种电子链复合物 ATP。 合酶和克雷布斯循环酶;线粒体 DNA 损伤; 我们建议缩小确定工作重点。 通过阐明可能导致局部放电的多种机制中的哪一种化学物质 导致“线粒体功能障碍”的化学物质可能导致多巴胺能神经变性。 我们将定义哪些特定形式的线粒体功能障碍导致多巴胺能 我们还将测试关键的下游结果、氧化应激和 ATP。 耗尽,是多巴胺能神经变性所必需的。 理解有助于高通量筛选,并可能为治疗工作提供信息。 我们将通过使用污染物来测试特定形式的线粒体功能障碍的因果关系 不同的线粒体毒性机制;通过比较能量和氧化应激变化的时间线 神经变性;并通过救援实验来检查大量的暴露。 在体内,但严格且高度复制的方式,我们将在模式生物Caenorhabditis中工作 我们正在开发新的线虫菌株,这将使我们能够开展与衰老相关的研究。 在同一个体中对所有这些参数的细胞类型特异性变化进行体内评估。 总的来说,这项工作的结果将有助于机械地界定化学领域的前景 可能有助于PD的风险暴露,指导监管指南的制定并证明其合理性 脊椎动物模型和流行病学研究方面的其他未来研究。

项目成果

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