Effects of TDP-43 Pathology on Innate Antiviral Mechanisms in Neurodegenerative Disease

TDP-43 病理学对神经退行性疾病先天抗病毒机制的影响

基本信息

  • 批准号:
    10537727
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 4.68万
  • 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 2025-08-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Project Summary/Abstract Dysregulation of transactivating response region DNA-binding protein-43 (TDP-43) has been linked to many neurodegenerative diseases, including frontotemporal dementia, amyotrophic lateral sclerosis, and Alzheimer’s disease (AD). TDP-43 has a variety of functions linked to its RNA-binding motif, including regulation of transcription, splicing, and RNA transport. Along with these effects, TDP-43 alters expression of interferon (IFN)- related and other immune genes essential for antiviral responses. The relationship between viral pathogens and TDP-43 is bidirectional, as exposure to poly(I:C), which simulates viral pathogens, can promote subcellular mislocalization of TDP-43. Viral pathogens, like TDP-43 dysregulation, are linked to AD and other dementias; AD has been associated with increased presence of viral pathogens, like herpes simplex virus 1 (HSV-1), and altered IFN-related signaling and neuroimmune cascades. Our laboratory found that, like neuronal TDP-43, astrocytic TDP-43 can be mislocalized to the cytoplasm in AD. Dysregulation of astrocytic TDP-43 in mouse models caused neural deficits and cell-autonomous changes in antiviral and IFN-inducible factors. Further, dysregulated TDP-43 increased astrocytic susceptibility to HSV-1. Astrocytic susceptibility to HSV-1 associated with overexpression of human TDP-43 was reduced by blocking the ability of human TDP-43 to bind RNA. Previous studies also show that the RNA-binding domain on TDP-43 is necessary for its other disease-linked effects. Based on this evidence, I will test the hypothesis that dementia-related TDP-43 dysfunction affects antiviral pathways and increases neural susceptibility to HSV-1 by altering TDP-43 binding to host RNA, resulting in aberrant host antiviral and immune gene expression and impaired innate antiviral signaling. I propose to use a variety of cellular and molecular techniques to examine in vitro (Aim 1.1) and in vivo (Aim 1.2) susceptibility to HSV-1 following cell-specific expression of TDP-43 variants that either maintain nuclear localization, mislocalize to the cytoplasm, cannot bind to RNA, or both. I will also determine cell-specific molecular mechanisms that promote differences in antiviral pathways via single-cell RNA sequencing (Aim 2.1), and conduct targeted analysis of alternative splicing (ScISOr-Seq), transposable element expression (TEtranscripts), and protein levels (Western blotting). Finally, I will examine the physiological functions of differential genes of interest identified in Aim 2.1 using genetic and pharmacological approaches. Uncovering the mechanistic links that connect TDP-43 dysregulation to antiviral pathways and viral susceptibility may define new pathobiological mechanisms and therapeutic targets to prevent neurodegenerative disease onset and progression.
项目摘要/摘要 反式激活反应区域DNA结合蛋白-43(TDP-43)的失调与许多 神经退行性疾病,包括额颞痴呆,肌萎缩性侧面硬化症和阿尔茨海默氏症 疾病(AD)。 TDP-43具有与其RNA结合基序相关的多种功能,包括调节 转录,剪接和RNA传输。与这些效果一起,TDP-43改变了干扰素的表达(IFN) - 相关和其他免疫基因对于抗病毒反应必不可少。病毒病原体与 TDP-43是双向的,因为暴露于模拟病毒病原体的聚(I:C)可以促进亚细胞亚细胞 TDP-43的错误定位。病毒病原体,例如TDP-43失调,与AD和其他痴呆症有关。 AD与病毒病原体的存在增加有关,例如单纯疱疹病毒1(HSV-1)和 IFN相关的信号传导和神经免疫性级联反应改变。我们的实验室发现,像神经元TDP-43一样 星形胶质细胞TDP-43可能被错误地定位于AD中的细胞质。小鼠星形细胞TDP-43的失调 模型导致神经元定义了抗病毒和IFN诱导因素的细胞自主变化。更远, TDP-43失调增加了星形胶质细胞对HSV-1的敏感性。星形胶质细胞对HSV-1相关的敏感性 通过阻止人TDP-43结合RNA的能力,可以减少人类TDP-43的过表达。 先前的研究还表明,TDP-43上的RNA结合域对于其他疾病连接是必需的 效果。基于此证据,我将检验以下假设:痴呆相关的TDP-43功能障碍会影响 抗病毒途径并通过改变与宿主RNA的TDP-43结合来增加对HSV-1的神经敏感性,从而导致 在异常的宿主抗病毒和免疫表达以及造成的先天抗病毒信号传导中。我建议使用 多种细胞和分子技术以检查体外(AIM 1.1)和体内(AIM 1.2)敏感性 TDP-43变体的细胞特异性表达后的HSV-1,要么维持核定位,要么置置不稳定 对于细胞质,不能与RNA或两者结合。我还将确定细胞特异性的分子机制 通过单细胞RNA测序(AIM 2.1)促进抗病毒途径的差异,并进行针对性 替代剪接(Scisor-Seq),转座元元素表达(Tetranscripts)和蛋白质的分析 水平(蛋白质印迹)。最后,我将检查感兴趣的差异基因的物理功能 使用遗传和药物方法在AIM 2.1中识别。发现机械链接 将TDP-43失调连接到抗病毒途径,病毒易感性可能定义新的病理学 预防神经退行性疾病发作和进展的机制和治疗靶标。

项目成果

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