Reactive astrocytes in neural regeneration and brain recovery after focal ischemic stroke

反应性星形胶质细胞在局灶性缺血性中风后神经再生和大脑恢复中的作用

基本信息

  • 批准号:
    10220140
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 35.11万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2010
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2010-05-15 至 2023-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary The adult brain has a remarkable capacity to recover from focal ischemic stroke (FIS). Astrocytes are the most numerous and diverse glial cells in CNS and intimately interact with neurons to support and regulate their functions. After FIS, astrocytes in the PIR exhibit dynamic changes in morphology, proliferation and gene expression especially in the peri-infarct region (PIR). These astrocytes are called reactive astrocytes (RAs). However, whether and how reactive astrocytes (RAs) affect brain recovery after FIS in the context of astrocyte—neuron interactions largely remain unexplored. In our preliminary study, we found GDNF, a potent neurotrophic factor, is dramatically upregulated in the ischemic hemisphere and RAs after photothrombosis (PT)-induced FIS. Furthermore, we found that deletion of astrocytic GDNF reduces adult neurogenesis in normal brain, and increases brain infarction and attenuates cell proliferation in the PIR after PT. Based on these strong preliminary results, we hypothesize that RAs-derived GDNF plays an important role in neural regeneration and functional brain recovery after FIS. The prohect goal is to determine whether and how RAs- derived GDNF stimulates synaptic regeneration and remodeling of surviving neurons in the PIR and improves long-term stroke outcomes after FIS. To achieve this goal, we have developed interdisciplinary technologies including self-complementary adeno-associated virus (scAAV) vectors and Glast-CreERT2:GDNFf/f mice to specifically overexpress or delete GDNF in RAs during post FIS time, in vivo two photon (2-P) long-term microscopy, electrophysiology, immunocytochemistry, Western blot (WB) analysis, brain damage and neuronal death assays and behavioral tests. We propose three specific aims. In Aim 1, we will test the hypothesis that RAs-derived GDNF can enhance synaptogenesis to stimulate neural regeneration in the PIR after FIS. We will determine the effects of RAs-derived GDNF on the expression of neuronal proteins involving synaptic function and plasticity in the PIR; using TRAP (translating ribosome affinity purification) method we will further identify neuronal transcript changes at translational status in the PIR. In Aim 2, we will test the hypothesis that RAs- derived GDNF can promote structural and functional synaptic remodeling of surviving neurons in the PIR after FIS. Using in vivo long-term 2-P imaging we will determine the effect of RAs-derived GDNF on spine turnover (i.e., spine formation and elimination), glutamate release and Ca2+ signaling in the same dendrites of surviving neurons in the PIR. We will conduct patch-clamp recording on surviving neurons in the PIR to determine the effect of RAs-derived GDNF on functional synaptic plasticity. In Aim 3, we will test the hypothesis that astrocytic GDNF can improve long-term stroke outcomes. We will evaluate the effect of RAs-derived GDNF on long-term histological and behavioral outcomes. Our project will provide novel molecular, cellular and functional insights into the brain recovery processes after FIS in the context of glia-neuron interactions, reveal potential strategies for stroke therapy, and thus has both scientific and translational significances.
项目概要 成人大脑具有显着的从局灶性缺血性中风(FIS)中恢复的能力。星形胶质细胞最多 中枢神经系统中有大量多样的神经胶质细胞,与神经元密切相互作用,以支持和调节其神经元 功能。 FIS后,PIR中的星形胶质细胞表现出形态、增殖和基因的动态变化 尤其是在梗死周围区域(PIR)中表达。这些星形胶质细胞被称为反应性星形胶质细胞(RA)。 然而,在 FIS 背景下,反应性星形胶质细胞 (RA) 是否以及如何影响 FIS 后的大脑恢复 星形胶质细胞与神经元的相互作用在很大程度上仍未被探索。在我们的初步研究中,我们发现了 GDNF,一种有效的 神经营养因子,在光血栓形成后缺血半球和 RA 中显着上调 (PT) 诱导的 FIS。此外,我们发现星形胶质细胞 GDNF 的缺失会减少成人神经发生 PT 后 PIR 中的细胞增殖增加,脑梗死增加。基于 这些强有力的初步结果,我们假设 RAs 衍生的 GDNF 在神经元中发挥重要作用 FIS 后的再生和功能性脑恢复。该项目的目标是确定 RA 是否以及如何- 衍生的 GDNF 刺激 PIR 中幸存神经元的突触再生和重塑,并改善 FIS 后的长期卒中结果。为了实现这一目标,我们开发了跨学科技术 包括自补腺相关病毒 (scAAV) 载体和 Glast-CreERT2:GDNFf/f 小鼠 在 FIS 后时间内,在 RA 中特异性过表达或删除 GDNF,体内两个光子 (2-P) 长期 显微镜、电生理学、免疫细胞化学、蛋白质印迹 (WB) 分析、脑损伤和神经元 死亡分析和行为测试。我们提出三个具体目标。在目标 1 中,我们将检验以下假设: RAs 衍生的 GDNF 可以增强突触发生,刺激 FIS 后 PIR 中的神经再生。我们将 确定 RAs 衍生的 GDNF 对涉及突触功能的神经元蛋白表达的影响 和 PIR 中的可塑性;使用TRAP(翻译核糖体亲和纯化)方法我们将进一步鉴定 PIR 中翻译状态下的神经元转录物发生变化。在目标 2 中,我们将检验 RAs 的假设: 衍生的 GDNF 可以促进 PIR 中存活神经元的结构和功能突触重塑 FIS。使用体内长期 2-P 成像,我们将确定 RAs 衍生的 GDNF 对脊柱周转的影响 (即脊柱形成和消除),存活树突中的谷氨酸释放和 Ca2+ 信号传导 PIR 中的神经元。我们将对 PIR 中幸存的神经元进行膜片钳记录,以确定 RAs 衍生的 GDNF 对功能性突触可塑性的影响。在目标 3 中,我们将检验以下假设: 星形细胞 GDNF 可以改善长期中风结果。我们将评估 RAs 衍生的 GDNF 对 长期组织学和行为结果。我们的项目将提供新颖的分子、细胞和 在神经胶质细胞-神经元相互作用的背景下,对 FIS 后大脑恢复过程的功能性见解揭示 中风治疗的潜在策略,因此具有科学和转化意义。

项目成果

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