Cortical organoid models to study autism-associated 16p.11.2.CNV

用于研究自闭症相关 16p.11.2.CNV 的皮质类器官模型

基本信息

  • 批准号:
    10537569
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 70.63万
  • 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:
    2022-03-01 至 2025-02-28
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

SUMMARY The 16p11.2 Copy Number Variant (CNV) containing 29 genes represents one of the strongest risk factors for neurodevelopmental disorders. It is the most common among all rare CNVs implicated in Autism Spectrum Disorder (ASD). Both, deletions (DEL) and duplications (DUP) of this locus are strongly associated with ASD, whereas DEL are also associated with intellectual disability, and DUP are also associated with schizophrenia. The 16p11.2 CNV dosage has “mirror” effect on the brain volume and body mass index (BMI) in human carriers diagnosed with ASD. Macrocephaly and high BMI are observed in the DEL carriers, and microcephaly and low BMI are observed in the duplication carriers. Surprisingly, 16p11.2 DEL and DUP mouse models have brain and body size phenotypes opposite to human carriers. Despite the importance of this CNV, the detailed molecular mechanisms that are disrupted during early brain development remain unknown. We recently generated induced pluripotent stem cells (iPSCs) and cerebral organoids from fibroblasts of 16p11.2 DEL and DUP patients with extreme head size phenotypes. Cerebral organoids recapitulated patients’ brain size phenotypes. Excess neuron number and depletion of neuroprogenitors was observed in DEL, with a “mirror” phenotypes in DUP. In addition, neuron migration and synaptic defects were identified, implicating Rho/Wnt signaling. The central hypothesis of this proposal is that that 16p11.2 CNV dosage (DEL or DUP) impacts brain development by altering the ratio of different neuronal (sub)types and by perturbing their electrophysiological properties. To test this hypothesis, we will: (1) Investigate how 16p11.2 CNV impacts cell type populations and chromatin accessibility at the single cell resolution; (2) Investigate how 16p11.2 CNV affects synaptic transmission and oscillatory network activity in organoids using whole-cell patch-clamp and multielectrode array (MEA) recordings; Investigate involvement of Rho/Wnt and other signaling pathways by rescuing molecular and cellular phenotypes of DEL and DUP organoids. Our study has a potential to uncover new mechanisms behind 16p11.2 CNV in autism.
总结 包含29个基因的16p11.2拷贝数变异体(CNV)是最强的风险因素之一, 神经发育障碍它是自闭症谱系中所有罕见的CNV中最常见的 自闭症(ASD)。该基因座的缺失(DEL)和重复(DUP)均与ASD密切相关, 而DEL也与智力残疾有关,DUP也与精神分裂症有关。 16p11.2 CNV剂量对人类携带者的脑体积和体重指数(BMI)具有“镜像”效应 被诊断为ASD。在DEL携带者中观察到大头畸形和高BMI,在DEL携带者中观察到小头畸形和低BMI。 BMI在重复基因携带者中存在。令人惊讶的是,16p11.2 DEL和DUP小鼠模型具有脑和 体型表型与人类携带者相反。尽管这种CNV的重要性, 在早期大脑发育过程中被破坏的机制仍然未知。我们最近产生了诱导 多能干细胞(iPSC)和来自16p11.2 DEL和DUP患者的成纤维细胞的脑类器官, 极端头部大小表型。脑类器官概括了患者的脑大小表型。过剩神经元 在DEL中观察到神经祖细胞的数量和消耗,在DUP中观察到“镜像”表型。此外,本发明还提供了一种方法, 鉴定了神经元迁移和突触缺陷,涉及Rho/Wnt信号传导。核心假设 16p11.2 CNV剂量(DEL或DUP)通过改变大脑发育的方式影响大脑发育。 不同神经元(子)类型的比例,并通过干扰它们的电生理特性。测试 基于这一假设,我们将:(1)研究16p11.2 CNV如何影响细胞类型群体和染色质 (2)研究16p11.2 CNV如何影响突触传递, 使用全细胞膜片钳和多电极阵列(MEA)记录的类器官中的振荡网络活动; 通过拯救分子和细胞表型研究Rho/Wnt和其他信号通路的参与 DEL和DUP类器官。我们的研究有可能揭示16p11.2 CNV背后的新机制。 自闭症

项目成果

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会议论文数量(0)
专利数量(0)
Therapeutic strategies for autism: targeting three levels of the central dogma of molecular biology.
  • DOI:
    10.1038/s41398-023-02356-y
  • 发表时间:
    2023-02-16
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.8
  • 作者:
    Hong, Derek;Iakoucheva, Lilia M.
  • 通讯作者:
    Iakoucheva, Lilia M.
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  • 批准号:
    10610587
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 70.63万
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