Cellular and molecular mechanisms disrupted in 22q13 deletion syndrome and autism

22q13 缺失综合征和自闭症的细胞和分子机制被破坏

基本信息

  • 批准号:
    10326382
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 38.13万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-04-01 至 2023-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Mutations in genes encoding synaptic proteins and impaired functional brain connectivity are emerging as common deficits associated with autism spectrum disorders (ASDs). However, how mutated synaptic proteins affect the properties of human neurons at the cellular and molecular levels to cause abnormal brain connections remains an important unanswered question. Addressing this question is essential for understanding the etiology and pathology of ASDs and developing novel and effective therapeutic strategies for patients. The PI previously demonstrated that SHANK3-deficient human cortical neurons derived from induced pluripotent stem cells (iPSCs), generated from 22q13 deletion syndrome patients with autism, have severely impaired intrinsic excitability and excitatory synaptic transmission. However, how these two phenotypes develop and affect neuronal connectivity in the brain remain unknown. The main goal of this project is to elucidate the cellular and molecular mechanisms responsible for development of synaptic and connectivity deficits in SHANK3-deficient human neurons. SHANK3 is a scaffolding protein expressed at excitatory synapses that have been frequently found to be mutated or deleted in individuals with autism and intellectual disability. The central hypothesis of this project is that synaptic deficits in SHANK3-deficient human neurons develop as a result of elevated electrical activity and activity-mediated weakening and elimination of excitatory synapses. This hypothesis is strongly supported by the preliminary data obtained in the PI's laboratory. The following Specific Aims are formulated to test this hypothesis: 1) Determine the role of elevated electrical activity in development of synaptic deficits in SHANK3-deficient human neurons; 2) Determine the role of ARC in development of synaptic deficits in SHANK3-deficient human neurons; and 3) Determine how loss of SHANK3 in human neurons impacts synaptic inputs onto these neurons in vivo. Under these aims, the properties of human cortical neurons generated from novel, precisely genetically-engineered stem cell lines will be investigated using electrophysiology, imaging, and biochemistry techniques in vitro and upon engraftment into the mouse brain. The proposed research is significant because it is expected to substantially advance understanding of the molecular, cellular, and circuitry mechanisms disrupted in autism and intellectual disability, and guide the development of novel therapeutic strategies for patients.
编码突触蛋白和功能性脑连接受损的基因突变正在出现 作为与自闭症谱系障碍(ASD)相关的常见缺陷。但是,如何突变 蛋白质会影响人类神经元在细胞和分子水平上的特性,从而引起脑异常 联系仍然是一个重要的未解决问题。解决这个问题对于 了解ASD的病因和病理学,并制定新颖有效的治疗策略 适用于患者。 PI先前证明了Shank3缺陷的人皮质神经元 诱导多能干细胞(IPSC),由22q13缺失综合症患者自闭症患者产生 内在兴奋性和兴奋性突触传播严重受损。但是,这两个如何 表型发展并影响大脑的神经元连通性仍然未知。主要目标 项目是为了阐明负责突触发展的细胞和分子机制 Shank3缺陷的人类神经元中的连通性缺陷。 shank3是一种表达的脚手架蛋白 经常发现在自闭症患者和 智力残疾。该项目的中心假设是Shank3缺陷人类的突触缺陷 神经元由于电活动升高和活性介导的弱化和消除而发展 兴奋性突触。该假设得到了PI中获得的初步数据的强烈支持 实验室。提出以下特定目的以检验以下假设:1)确定升高的作用 尚克3缺陷人神经元突触缺陷发育中的电活动; 2)确定 ARC在不足的人类神经元中突触缺陷发展中的作用; 3)确定如何 人神经元中尚克3的丧失会影响体内这些神经元的突触输入。在这些目标下, 由新颖的,精确的遗传学干细胞系产生的人皮质神经元的特性将 在体外和植入后使用电生理学,成像和生物化学技术进行研究 进入小鼠大脑。拟议的研究很重要,因为它有望大大提高 对自闭症和智力中破坏的分子,细胞和电路机制的理解 残疾,并指导针对患者的新型治疗策略的发展。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Modeling human telencephalic development and autism-associated SHANK3 deficiency using organoids generated from single neural rosettes.
  • DOI:
    10.1038/s41467-022-33364-z
  • 发表时间:
    2022-10-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
  • 通讯作者:
Secreted Reporter Assay Enables Quantitative and Longitudinal Monitoring of Neuronal Activity.
分泌报告基因检测能够对神经元活动进行定量和纵向监测。
  • DOI:
    10.1523/eneuro.0518-20.2021
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Santos,AnaC;Chiola,Simone;Yang,Guang;Shcheglovitov,Aleksandr;Park,Sungjin
  • 通讯作者:
    Park,Sungjin
iPSC toolbox for understanding and repairing disrupted brain circuits in autism.
  • DOI:
    10.1038/s41380-021-01288-7
  • 发表时间:
    2022-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    11
  • 作者:
    Chiola S;Edgar NU;Shcheglovitov A
  • 通讯作者:
    Shcheglovitov A
Defective AMPA-mediated synaptic transmission and morphology in human neurons with hemizygous SHANK3 deletion engrafted in mouse prefrontal cortex.
  • DOI:
    10.1038/s41380-021-01023-2
  • 发表时间:
    2021-09
  • 期刊:
  • 影响因子:
    11
  • 作者:
    Chiola S;Napan KL;Wang Y;Lazarenko RM;Armstrong CJ;Cui J;Shcheglovitov A
  • 通讯作者:
    Shcheglovitov A
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