Repetitive acute intermittent hypoxia elicits respiratory metaplasticity

反复急性间歇性缺氧引起呼吸道化生

基本信息

  • 批准号:
    8835755
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 3.28万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2015
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2015-06-01 至 2017-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

 DESCRIPTION (provided by applicant): Plasticity and metaplasticity are hallmark features of the neural system controlling breathing. Respiratory plasticity is a persistent change in breathing control following transient stimuli. Metaplasticity is a change in the capacity to express plasticiy (plastic plasticity). One well-studied model of respiratory plasticity is phrenic long- term facilitation (pLTF), a persistent increase in phrenic motor output following exposure to moderate acute intermittent hypoxia (AIH). Preconditioning with repetitive acute intermittent hypoxia (rAIH) or chronic intermittent hypoxia (CIH) enhances pLTF, demonstrating a degree of respiratory metaplasticity. Multiple cellular mechanisms give rise to phenotypically similar long-lasting phrenic motor facilitation (pMF), including the so-called "Q" and "S" pathways to pMF. These pathways are named for the G proteins initiating plasticity. For example, moderate AIH-induced pLTF requires Gq-coupled 5-HT2 receptor activation, protein kinase C (PKC) activity, new synthesis of brain derived neurotrophic factor (BDNF) and downstream signaling via TrkB and ERK MAP kinases. Conversely, stimulation of Gs coupled 5-HT7 receptors activates cAMP, inducing new synthesis of an immature TrkB isoform and downstream protein kinase B/Akt activation. Normally, the Q and S pathways interact via mutual (cross-talk) inhibition. Thus, in normal rats, the dominant Q pathway to pLTF is constrained by sub-threshold S pathway activation (eg. by 5-HT7 receptor activation). The fundamental hypothesis guiding this proposal is that rAIH preconditioning elicits pLTF metaplasticity by reducing cross-talk inhibition between the S and Q pathways to pMF, thereby enhancing pLTF following moderate AIH by enabling independent contributions from both pathways. Thus, we predict that rAIH-enhanced pLTF (ie. metaplasticity) results from independent contributions from both 5-HT2 and 5-HT7 receptor activation. This research is significant from a biological perspective since it advances our understanding of basic mechanisms giving rise to respiratory motor plasticity and meta-plasticity. It is significant from a clinical perspective since rAIH has considerable therapeutic potential in debilitating clinical disorders that compromise respiratory and non-respiratory motor function.
 描述(由应用程序提供):可塑性和化学性是控制呼吸的神经系统的标志性特征。呼吸可塑性是呼吸的持续变化 在短暂刺激之后进行控制。塑性性是表达生长良好的能力(塑性可塑性)的变化。一个良好的呼吸可塑性模型是长期的长期设施(PLTF),暴露于中度急性急性间歇性缺氧(AIH)后,发动机输出持续增加。重复急性急性间歇性缺氧(RAIH)的预处理 或慢性间歇性缺氧(CIH)增强了PLTF,表现出一定程度的呼吸质塑性。多种细胞机制产生了表观上相似的长期伪运动设施(PMF),包括所谓的“ Q”和“ S”途径到达PMF。这些途径以G蛋白启动可塑性命名。例如,中等AIH诱导的PLTF需要GQ耦合5-HT2受体激活,蛋白激酶C(PKC)活性,脑衍生的神经营养因子(BDNF)的新合成以及通过TRKB和ERK MAP激酶通过TRKB和ERK MAP激酶的下游信号传导。相反,GS耦合5-HT7受体的刺激激活了CAMP,引起了未成熟的TRKB同工型和下游蛋白激酶B/AKT激活的新合成。通常,Q和S途径通过相互抑制(通过跨对)相互作用。在正常大鼠中,PLTF的主要Q途径受到亚阈值的途径激活的约束(例如,通过5-HT7受体激活)。指导这一建议的基本假设是,RAIH预处理通过减少S和Q途径之间的跨对抑制作用到PMF,从而引起PLTF的质感性,从而通过从两种途径中实现独立的贡献来增强PLTF。这是我们预测,RAIH增强的PLTF(即化学性)是由5-HT2和5-HT7受体激活的独立贡献引起的。从生物学的角度来看,这项研究很重要,因为它可以提高我们对基本机制的理解,从而引起呼吸运动可塑性和元塑性。从临床角度来看,这很重要,因为Raih考虑了损害呼吸和非呼吸运动功能的临床疾病的治疗潜力。

项目成果

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