Microglial regulation of Progranulin levels

小胶质细胞对颗粒体蛋白前体水平的调节

• 批准号: 10347312
• 负责人: Janghoo Lim
• 金额: $ 62.32万
• 依托单位: YALE UNIVERSITY
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2020-02-01 至 2024-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/10347312
• 关键词: Adult; Affect; Alzheimer' s Disease; Alzheimer' s disease related dementia; Alzheimer' s disease risk; Behavioral; Behavioral Assay; Biochemical; Biology; Brain; CRISPR/Cas technology; Cell Culture System; DNA Sequence Alteration; Data; Dementia; Development; Disease; Endocytosis; Frontotemporal Lobar Degenerations; Future; Genetic; Glycoproteins; Goals; Grant; Homologous Gene; Human; Knockout Mice; Knowledge; Lead; Link; Mediating; Microglia; Molecular; Molecular Target; Mus; Mutation; Nervous System Physiology; Neurodegenerative Disorders; Neuronal Ceroid-Lipofuscinosis; Onset of illness; PGRN gene; Pathologic; Pathology; Pathway interactions; Patients; Phenotype; Phosphotransferases; Plasma; Protein-Serine-Threonine Kinases; Proteins; Proteomics; Regulation; Research; Role; Single Nucleotide Polymorphism; Symptoms; Testing; Therapeutic Intervention; Validation; base; behavioral phenotyping; dosage; efficacy testing; granulin; human disease; improved; in vivo; induced pluripotent stem cell; insight; loss of function; mouse genetics; nemo-like kinase; nervous system disorder; neuropathology; novel therapeutic intervention; overexpression; patient subsets; prevent; receptor; targeted treatment; therapeutic development; therapeutically effective; trafficking

Genetic  mutations  in Granulin  (GRN)  that  result  in  reduced  levels  of  its  encoded protein, progranulin  (PGRN),  have  been  implicated  in  several  distinct neurological  disorders, depending on  the degree  of PGRN  reduction.  More  specifically,  haploinsufficiency  resulting  from  heterozygous  GRN  mutations  has  been  identified  to  be  causal  for  a  subset  of  patients  with  frontotemporal  lobar  degeneration  (FTLD),  an  adult-­onset  neurodegenerative  disease.  Furthermore,  homozygous  loss-­of-­function  GRN  mutations  result  in  neuronal  ceroid  lipofuscinosis  (NCL),  and  single  nucleotide  variants  that  decrease  plasma  and  brain  PGRN  levels  are  risk  factors  for  Alzheimer’s  Disease  (AD).  The  clear  association  between  reduced  levels  of  PGRN  and  neurological  disorders  highlights  the  importance  of  adequate  PGRN  dosage  in  normal  nervous  system  function.  The  overarching  goal  of  this  project  is  to  better  understand  the  precise  cellular  and  molecular  mechanisms  that  are  involved  in  the  regulation  of  PGRN.  In  order  to  reach  this  goal,  we  began  by  identifying  factors  that  could  potentially  modulate  phenotypes  associated  with  PGRN  haploinsufficiency.  The  preliminary  data  presented  in  this  application  clearly  show  that  Nemo-­like  kinase  (NLK),  an  evolutionarily  conserved  serine/threonine kinase, is involved in the regulation of PGRN levels and can modulate phenotypes associated  with  PGRN  reduction  in  vivo  through  microglia.  To  investigate this  idea further,  we  propose  the following  three  specific  aims.  In  Specific  Aim  1,  we  will  determine  whether  altering  Nlk  levels  specifically  in  microglia  can  modulate  FTLD-­related  phenotypes  in  vivo  using  mouse  genetics.  Specifically,  (1)  we  will  first  test  whether  constitutive  loss  of  Nlk  in  microglia  is  able  to  induce  FTLD-­related  neuropathological  and  behavioral  phenotypes.  (2)  Conversely,  we  will  examine  if  constitutive  overexpression  of  Nlk  in  microglia  can  prevent  or  ameliorate  these  same  phenotypes.  We  will  focus  on  neuropathological  changes  and  behavioral  deficits  that  have been previously ascribed to PGRN reduction in FTLD-­PGRN patients and Grn knockout mice. In Specific  Aim 2, we will elucidate the molecular mechanism through which Nlk regulates Pgrn levels in microglia. We will  (1)  employ  mouse  genetics  and  isogenic  human  induced  pluripotent  stem  cell-­derived  microglia  to  determine  the  receptor  involved  in  Nlk-­mediated  regulation  of  Pgrn  endocytosis  and  (2)  utilize  unbiased  proteomics  approaches  to  identify  direct  molecular  targets  of  Nlk  that  function  in  this  regulation.  In  Specific  Aim  3,  we  will  determine  whether  GRN-­associated  neuropathology  can  be  suppressed  or  reversed  by  increasing  Nlk  expression  in  adulthood.  To  do  this,  we  will  temporally  induce  the  overexpression  of  Nlk  after  disease  onset  and  test  the  efficacy  in  ameliorating  or  reversing  pathological  and  behavioral  deficits.  We  believe  that  the  knowledge  gained  from  the  studies  proposed  in  this  application  will  advance  our  basic  understanding  of  the  cellular  and  mechanism  underlying  PGRN  regulation  and  will  suggest  new  therapeutic  interventions  aimed  at  reducing the burden of FTLD and other neurological disorders associated with PGRN reduction such as AD.

颗粒蛋白（GRN）的基因突变导致其编码的蛋白质颗粒蛋白前体（PGRN）水平降低， 根据PGRN减少的程度，与几种不同的神经系统疾病有关。 更具体地说，杂合GRN突变导致的单倍不足已经被鉴定为是 对于额颞叶变性（FTLD）患者亚组， 此外，纯合的GRN功能缺失突变导致神经退行性疾病。 蜡样质脂褐质沉积症（NCL）和降低血浆和脑PGRN水平的单核苷酸变体， 阿尔茨海默病（AD）的危险因素。PGRN水平降低与 神经系统疾病突出了正常神经系统中足够PGRN剂量的重要性 该项目的总体目标是更好地了解细胞和分子的精确功能。 参与PGRN调节的机制。为了达到这一目标，我们首先确定 可能潜在地调节与PGRN单倍不足相关的表型的因子。 本申请中提供的数据清楚地表明，Nemo-Like激酶（NLK），一种进化上保守的 丝氨酸/苏氨酸激酶参与PGRN水平的调节，并可调节与PGRN相关的表型。 通过小胶质细胞减少PGRN。为了进一步研究这个想法，我们提出了以下三个 具体目标。在具体目标1中，我们将确定是否可以改变小胶质细胞中的Nlk水平， 使用小鼠遗传学在体内调节FTLD-B1相关表型。具体地，（1）我们将首先测试是否 小胶质细胞中Nlk的组成性缺失能够诱导FTLD相关的神经病理和行为学改变， （2）相反，我们将研究在小胶质细胞中Nlk的组成性过表达是否可以预防或 改善这些相同的表型。我们将重点关注神经病理学变化和行为缺陷， 先前已将其归因于FTLD-PGRN患者和Grn敲除小鼠中的PGRN减少。 目的2：阐明Nlk调控小胶质细胞Pgrn水平的分子机制。 (1)采用小鼠遗传学和同基因人类诱导多能干细胞-胶质细胞衍生的小胶质细胞来确定 参与Nlk-1介导的Pgrn内吞调节的受体和（2）利用无偏倚的蛋白质组学 方法来确定直接的分子靶点Nlk的功能，在这种调节。在具体目标3，我们将 确定是否可以通过增加Nlk抑制或逆转GRN相关的神经病理学 为了做到这一点，我们将在疾病发作后暂时诱导Nlk的过表达。 并测试改善或逆转病理和行为缺陷的功效。我们相信， 从本申请中提出的研究中获得的知识将促进我们对 PGRN调节的细胞和机制，并将提出新的治疗干预措施，旨在 减少FTLD和与PGRN减少相关的其他神经障碍如AD的负担。