Mechanisms underlying Tip60 HAT action in neuroprotection of cognitive function

Tip60 HAT 认知功能神经保护作用的机制

基本信息

  • 批准号:
    10176606
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 38.84万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-08-01 至 2023-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

ABSTRACT Impairment of epigenetic gene control mechanisms in the brain involving reduced histone acetylation levels causes significant cognitive deficits that are a debilitating hallmark of most neurodegenerative disorders, including Alzheimer's disease (AD). Accordingly, of the neural epigenetic modifications identified to date, histone acetylation has been unequivocally linked to facilitating learning and memory by regulating cognition gene expression programs via chromatin packaging control in neurons. Nevertheless, despite the central importance of histone acetylation in higher order brain function, the specific histone acetyltransferases (HATs) that generate these neuroepigenetic marks and their mechanisms of action in neural epigenetic gene control in the brain remain largely unknown. We generated a robust Tip60;APP Drosophila model system that enables us to modulate Tip60 HAT levels in neural circuits of choice under AD associated amyloid precursor protein (APP) neurodegenerative conditions, in vivo. Its use led to our exciting discovery that Tip60 is critical for cognitive processes based on its role in neural epigenetic gene control and remarkably, promotes neuroprotection for multiple cognitive neural circuits impaired in the brain during early AD associated neurodegenerative progression. Further, our new preliminary studies indicate that Tip60 HAT function in cognitive gene control is impaired in the human AD hippocampus. Our findings have laid a solid groundwork for this proposal and our goal for this project is to identify the mechanisms underlying Tip60 HAT action in neuroprotective gene control using fly and mouse AD models, and to determine how these Tip60 epigenetic processes go awry in the brains of human AD patients. We hypothesize that Tip60 promotes neuroprotection during the AD pathological process by epigenetically reprogramming gene sets in the brain that together protect against synaptic impairment and apoptotic cell death, and thus promote cognitive function. Using a combination of molecular, cellular, biochemical and chromatin based techniques, along with behavioral assays, in Aim 1A we will use our Tip60;APP and Tip60;Aβ42 fly models to identify the full array of Tip60 epigenetic reprogrammed genes, and verify their mammalian Tip60 epigenetic conservation in the mouse brain. In Aim 1B we will test whether these Tip60 neuroprotective genes are epigenetically misregulated in the human AD brain, as we predict. In Aim 2A, we will dissect the transcriptional mechanisms for how Tip60 epigenetically reprograms neuroprotective genes using fly and mouse AD models. In Aim 2B we will test whether these same Tip60 transcriptional regulatory complexes are disrupted in the human AD brain, as we predict. Our studies will provide broad insights into novel Tip60 epigenetic mechanisms underlying human neurodegenerative disorders such as Alzheimer's disease, and new understanding into HAT based drug design for early therapeutic intervention of cognitive deficits.
抽象的 大脑表观遗传基因控制机制受损,涉及组蛋白乙酰化减少 水平会导致显着的认知缺陷,这是大多数神经退行性疾病的衰弱标志 疾病,包括阿尔茨海默病(AD)。因此,确定的神经表观遗传修饰 迄今为止,组蛋白乙酰化已明确与通过调节促进学习和记忆有关 通过神经元中染色质包装控制的认知基因表达程序。尽管如此,尽管 组蛋白乙酰化在高级脑功能中的核心重要性,特定组蛋白 产生这些神经表观遗传标记的乙酰转移酶(HAT)及其作用机制 大脑中的神经表观遗传基因控制仍然很大程度上未知。我们生成了一个强大的 Tip60;APP 果蝇模型系统使我们能够调节 AD 下所选神经回路中的 Tip60 HAT 水平 体内相关淀粉样前体蛋白(APP)神经退行性疾病。它的使用让我们兴奋不已 根据 Tip60 在神经表观遗传基因控制中的作用,发现 Tip60 对认知过程至关重要 值得注意的是,促进早期大脑中受损的多个认知神经回路的神经保护 AD 相关的神经退行性进展。此外,我们新的初步研究表明 Tip60 HAT 人类 AD 海马体的认知基因控制功能受损。我们的研究结果奠定了坚实的基础 该提案的基础工作以及我们该项目的目标是确定 Tip60 HAT 的潜在机制 使用果蝇和小鼠 AD 模型进行神经保护基因控制的作用,并确定这些 Tip60 人类 AD 患者大脑中的表观遗传过程出现了问题。我们假设 Tip60 促进 通过对大脑中的表观遗传重编程基因组来保护 AD 病理过程中的神经 共同防止突触损伤和细胞凋亡,从而促进认知 功能。结合使用分子、细胞、生化和染色质技术,以及 行为分析,在目标 1A 中,我们将使用我们的 Tip60;APP 和 Tip60;Aβ42 果蝇模型来识别完整的阵列 Tip60表观遗传重编程基因,并验证其在哺乳动物Tip60表观遗传中的保守性 老鼠的大脑。在目标 1B 中,我们将测试这些 Tip60 神经保护基因是否具有表观遗传性 正如我们预测的那样,人类 AD 大脑中的失调。在目标 2A 中,我们将剖析转录 Tip60 如何使用果蝇和小鼠 AD 对神经保护基因进行表观遗传重编程的机制 模型。在目标 2B 中,我们将测试这些相同的 Tip60 转录调控复合物是否被破坏 正如我们所预测的,在人类 AD 大脑中。我们的研究将为新型 Tip60 表观遗传学提供广泛的见解 人类神经退行性疾病(例如阿尔茨海默病)的潜在机制,以及新的 了解基于 HAT 的药物设计,以对认知缺陷进行早期治疗干预。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Amyloid-β Peptide Impact on Synaptic Function and Neuroepigenetic Gene Control Reveal New Therapeutic Strategies for Alzheimer's Disease.
  • DOI:
    10.3389/fnmol.2020.577622
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.8
  • 作者:
    Karisetty BC;Bhatnagar A;Armour EM;Beaver M;Zhang H;Elefant F
  • 通讯作者:
    Elefant F
Exploring the Alzheimer's disease neuroepigenome: recent advances and future trends.
  • DOI:
    10.4103/1673-5374.317978
  • 发表时间:
    2022-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Zhang H;Elefant F
  • 通讯作者:
    Elefant F
Tip60 protects against amyloid-β-induced transcriptomic alterations via different modes of action in early versus late stages of neurodegeneration.
  • DOI:
    10.1016/j.mcn.2020.103570
  • 发表时间:
    2020-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Zhang H;Karisetty BC;Bhatnagar A;Armour EM;Beaver M;Roach TV;Mortazavi S;Mandloi S;Elefant F
  • 通讯作者:
    Elefant F
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    2023
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    $ 38.84万
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知道了