Targeting aging genes and pathways to promote optic nerve regeneration

针对衰老基因和途径促进视神经再生

基本信息

  • 批准号:
    10326837
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 39.71万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-01-01 至 2024-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Summary To date, targeting the genes regulating intrinsic axon growth ability have produced by far the most promising results in optic nerve regeneration. Recent studies, including ours, have provided strong evidence that neuronal aging might be a key converging process underlying the loss of intrinsic axon growth ability of CNS neurons. Indeed, many genes that act to regulate axon regeneration are also hallmark genes of aging (genomic instability, telomere attrition, epigenetic alteration, and nutrient sensing, etc.). First, recent studies and our preliminary results showed that c-Myc and p53, two well-known genes involved in DNA repair and genomic instability during aging, act to support optic nerve regeneration. Second, our preliminary study showed that telomerase reverse transcriptase (TERT) was necessary for sensory axon regeneration in vivo. Third, aging is often associated with decreased methylation of histone 3 at lysine 27 (H3K27) and increased methylation of H3K4, resulting in reduced amount of heterochromatin. In support, the level of H3K27 demethylase UTX increases during aging and knocking out UTX in c. elegans promotes longevity. Our unpublished study showed that knocking out UTX and its targeted gene, Magi3, in RGCs drastically promoted optic nerve regeneration. Fourth, the insulin and IGF-1 signaling (IIS) pathways, the key regulators of nutrient sensing, are the most conserved aging controlling pathway in evolution. IGF-1 and many IIS downstream targets, such as Pten/PI3K, Akt, and mTor, are all important regulators of optic nerve regeneration. Our published study and a recent study have shown that Sirt1 and LKB1, two important nutrient sensors, function to regulate sensory axon and spinal cord regeneration, respectively. Foxo3, another key target of Akt signaling, has recently been shown to promote vascular cell regeneration through Sirt1. Lastly, recent findings indicated that cellular reprogramming process can reverse aging and rejuvenate the cells. Importantly, manipulations of several reprogramming factors, such as KLF4 and Lin28, have been shown to promote optic nerve regeneration. Therefore, we hypothesize that aging regulatory genes/pathways can be manipulated to promote optic nerve regeneration through rejuvenation of mature CNS neurons. In Aim 1, we will determine if manipulation of miR-138/Sirt1, TERT, and Foxo3 in RGCs can promote optic nerve regeneration. In Aim 2, we will first determine if combination of these aging genes with myosin II knockout or enhanced neural activity would have synergistic effects on regeneration. We will then use RNA-seq and ATAC-seq of purified RGCs to explore how these aging genes regulate optic nerve regeneration. In Aim 3, by performing RNA-seq and ATAC-seq of purified RGCs at different developing, maturation, and aging stages, we will first use advanced integrative bioinformatics analyses to identify top candidate aging genes and their associated transcription factors, both of which act to orchestrate RGCs aging. We will then perform functional screening experiments to determine their roles in regulation of axon growth and optic nerve regeneration.
概括 迄今为止,针对调节固有轴突生长能力的基因已成为迄今为止最有前途的 导致视神经再生。最近的研究,包括我们的研究,提供了有力的证据表明神经元 衰老可能是CNS神经元内在轴突生长能力丧失的基础的关键融合过程。 实际上,许多作用于调节轴突再生的基因也是衰老的标志基因(基因组不稳定性, 端粒损耗,表观遗传学改变和营养感应等)。首先,最近的研究和我们的初步 结果表明,C-Myc和p53,这是两个在DNA修复和基因组不稳定性的基因 衰老,以支持视神经再生的行为。其次,我们的初步研究表明端粒酶反向 转录酶(TERT)对于体内感觉轴突再生是必需的。第三,衰老通常与 在赖氨酸27(H3K27)(H3K27)和H3K4的甲基化增加的组蛋白3的甲基化降低,导致降低 异染色质的量。为了支持,H3K27脱甲基酶UTX的水平在衰老和 在c中淘汰UTX。秀丽隐杆线促进长寿。我们未发表的研究表明,淘汰UTX和 它的靶向基因Magi3在RGC中急剧促进了视神经再生。第四,胰岛素和IGF-1 信号传导(IIS)途径是营养感应的关键调节剂,是控制最保守的老化 进化中的途径。 IGF-1和许多IIS下游目标,例如PTEN/PI3K,AKT和MTOR,都是 视神经再生的重要调节剂。我们发表的研究和最近的一项研究表明SIRT1 和LKB1,两个重要的营养传感器,可调节感觉轴突和脊髓再生的功能, 分别。 FOXO3是AKT信号传导的另一个关键目标,最近已被证明可以促进血管细胞 通过SIRT1再生。最后,最近的发现表明蜂窝重编程过程可以逆转 衰老并使细胞恢复活力。重要的是,操纵几个重编程因素,例如KLF4和 LIN28已被证明可以促进视神经再生。因此,我们假设老化调节性 可以操纵基因/途径,以通过成熟的CNS恢复活力来促进视神经再生 神经元。在AIM 1中,我们将确定RGC中MiR-138/SIRT1,TERT和FOXO3的操纵是否可以促进 视神经再生。在AIM 2中,我们将首先确定这些衰老基因与肌球蛋白II的组合是否 敲除或增强的神经活动将对再生产生协同作用。然后,我们将使用RNA-seq 和纯化的RGC的ATAC-SEQ探讨这些衰老基因如何调节视神经再生。在AIM 3中, 在不同的发育,成熟和衰老阶段进行纯化的RGC的RNA-Seq和Atac-Seq,我们 将首先使用先进的综合生物信息学分析来识别顶级候选衰老基因及其 相关的转录因子,这两者都可以协调RGCS衰老。然后我们将执行功能 筛选实验以确定其在调节轴突生长和视神经再生中的作用。

项目成果

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