Modeling HIV and methamphetamine-induced neuroinflammation in cerebral organoids

模拟 HIV 和甲基苯丙胺诱导的脑类器官神经炎症

基本信息

  • 批准号:
    10528845
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 59.88万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-09-01 至 2027-07-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Combination antiretroviral therapy (cART) has led to dramatic increases in lifespan among HIV-infected individuals. Despite effective cART, however, HIV-associated morbidities exert a significant toll. HIV- associated neurocognitive disorders (HAND) occur in up to 50% of chronically infected individuals despite cART. The pathogenesis of HAND remains under investigation. Neuroinflammation is a hallmark of HAND, as established by clinical studies, autopsy studies, and animal models. Ongoing or intermittent replication of HIV in the CNS is likely to contribute to neuroinflammation through direct effects on the infected cells or through release of viral proteins and inflammatory mediators. Use of neural stimulants including methamphetamine can exacerbate the neurocognitive decline seen in HAND, but the mechanisms underlying this comorbidity are not understood. Microglia are the primary resident myeloid cells of the brain, are infected at early times following acute infection with HIV or SIV, can act as a CNS viral reservoir, and are thought to play a central role in the development of HAND. The pathways responsible for microglial activation and dysfunction following HIV infection remain incompletely defined. Microglia derived from induced pluripotent stem cells (iPSCs) provide a unique opportunity to examine the molecular mechanisms underlying microglial activation. iPSC-derived microglia will be introduced into cerebral organoids, providing the additional opportunity to define the effects of microglial activation on surrounding astrocytes, neurons, and other cells. Tetherin is a host restriction factor that captures HIV during the assembly process in infected cells and generates a proinflammatory signaling cascade within infected cells. Experiments in Aim 1 of this project will evaluate HIV-induced neuroinflammation both in an unbiased way and through a directed evaluation of the role of tetherin-mediated signaling as a trigger of microglial inflammation. RNAseq, cytokine production, and immunofluorescence microscopy will be employed to define microglial activation following HIV infection. In Aim 2, we will introduce HIV-infected microglia into cerebral organoids to define the molecular basis of HIV-induced neuroinflammation and neuronal dysfunction. Single-cell RNAseq and evaluation of neuronal health and electrophysiology will be performed in models representing acute infection and in ART-suppressed, chronic infection of the brain. The potential of methamphetamine to contribute to neuroinflammation and neuronal damage in the HIV-infected microglia/organoid model will then be defined, and the relevant pathways identified. Together, these studies will provide insights into the pathogenesis of HAND and the potential contribution of methamphetamine to neurocognitive decline.
抗逆转录病毒疗法(CART)导致HIV感染的寿命急剧增加 个人。然而,尽管有效的购物车,与HIV相关的病因造成了重大损失。艾滋病病毒- 尽管 大车。手的发病机理仍在研究中。神经炎症是手的标志, 由临床研究,尸检研究和动物模型确定。持续或间歇性复制 中枢神经系统中的HIV可能通过直接影响感染细胞或 通过释放病毒蛋白和炎症介质。使用神经兴奋剂,包括 甲基苯丙胺可以加剧手头的神经认知下降,但机制 该合并症的基础尚不清楚。小胶质细胞是大脑的主要常驻髓样细胞, 在急性感染HIV或SIV后,在早期感染,可以充当CNS病毒库,并且 人们认为在手的发展中起着核心作用。负责小胶质细胞的途径 HIV感染后的激活和功能障碍仍未完全定义。小胶质细胞得出 诱导多能干细胞(IPSC)提供了一个独特的机会来检查分子机制 基础小胶质激活。 IPSC衍生的小胶质细胞将引入大脑器官,提供 定义小胶质激活对周围星形胶质细胞,神经元的影响的额外机会 和其他细胞。 Tetherin是在组装过程中捕获HIV的宿主限制因素 感染细胞并在感染细胞内产生促炎信号传导级联。 AIM中的实验 该项目中有1将以公正的方式评估HIV引起的神经炎症 将Tetherin介导的信号传导作为小胶质细胞炎症的触发的作用定向评估。 RNASEQ,细胞因子产生和免疫荧光显微镜将用于定义小胶质细胞 HIV感染后的激活。在AIM 2中,我们将将HIV感染的小胶质细胞引入大脑器官 定义HIV诱导的神经炎症和神经元功能障碍的分子基础。单细胞 RNASEQ和神经元健康和电生理学的评估将在代表的模型中进行 急性感染和脑抑制的,大脑的慢性感染。甲基苯丙胺的潜力 在HIV感染的小胶质细胞/器官模型中有助于神经炎症和神经元损伤 然后定义,并确定相关途径。这些研究将共同​​提供有关 手的发病机理以及甲基苯丙胺对神经认知下降的潜在贡献。

项目成果

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