Mechanisms of Prion Spread

朊病毒传播机制

基本信息

项目摘要

Prion diseases are among the most rapidly progressive neurodegenerative disorders and are characterized pathologically by extracellular prion aggregates, synaptic damage, neuronal loss, and severe astrogliosis in the brain and spinal cord. Prion aggregates spread through neuroanatomically connected brain regions, yet how prions physically spread from cell-to-cell is poorly understood. In vitro, prion aggregates form on the plasma membrane, in endosomes, and in multivesicular bodies, and are released in exosomes from chronically infected cells. A major goal of this application is to determine how intra-cellular vesicular prion trafficking contributes to inter-cellular prion spread through the central nervous system using in vitro and in vivo model systems. We have previously employed a broad range of approaches to track structurally diverse prions from axon terminals to neuronal cell bodies and have determined the biophysical properties of highly virulent prions that spread into the CNS. We discovered that small, subfibrillar and fibrillar prions were internalized by neurons through macropinocytosis. However, only the small, subfibrillar prions spread from extraneural sites into the brain. Thus, aggregate size underlies prion spread into the CNS. We also determined that post-translational modifications in the prion protein can alter aggregate packing arrangements and lead to the emergence of new prion strains. Finally, we found that autophagic clearance pathways were induced in muscle cells harboring prion aggregates. In this renewal, we aim to determine how the vesicular trafficking of prions in neurons and glia impacts prion spread through the CNS. In Specific Aim 1, we will define the physical properties of a prion that govern packaging into exosomes. In Specific Aim 2, we will identify key regulators of intracellular prion conversion and clearance in neurons and astrocytes by manipulating vesicular transit pathways. Additionally we will characterize vesicular regulatory protein expression in prion-infected humans and in mouse models. In Specific Aim 3, we will determine how cell-specific repression of early and late stages of vesicular trafficking modifies prion disease progression. These experiments are the first to probe the contribution of intra-vesicular prion trafficking pathways to prion spread in vivo, and will help unravel how vesicular transport impacts prion conversion, clearance, and rapid spread through the brain. The proposed studies are particularly important with the growing recognition of endosomal and lysosomal dysfunction occurring in Alzheimer’s and other neurodegenerative diseases, and with potential opportunities arising for therapeutic intervention in protein aggregate clearance pathways.
病毒疾病是最迅速进行性神经退行性疾病之一,是 在病理上以细胞外pr骨骨料,突触损伤,神经元丧失, 大脑和脊髓中的严重星形胶质病。 prion骨料通过 神经解剖学上连接的大脑区域,但是prions从细胞到细胞的物理传播的方式是 理解不佳。在体外,在质膜上形成prion骨料,内体和 在多质体中,并在慢性感染细胞的外泌体中释放。专业 该应用的目的是确定细胞内囊泡pr贩的有助于 细胞间的prion在体外和体内模型通过中枢神经系统扩散 系统。我们以前已经采用了广泛的方法来跟踪结构 从轴突末端到神经元细胞体的各种prion虫,并确定了生物物理 散布到中枢神经系统的高度毒物的特性。我们发现那很小 亚纤维和原纤维王因通过大型细胞增多症而被神经元内化。然而, 只有小的亚纤维prions从外部部位扩散到大脑。那,汇总 大小是王室扩散到中枢神经系统中的。我们还确定了翻译后 prion蛋白的修饰可以改变骨料包装布置并导致 新的pr菌菌株的出现。最后,我们发现自噬清除途径是 诱导的肌肉细胞具有prion骨聚集体。在此续约中,我们旨在确定 神经元和神经胶质的冠军的囊泡贩运会影响毒a在中枢神经系统中传播。在 具体目标1,我们将定义管理包装中的prion的物理特性 外泌体。在特定的目标2中,我们将确定细胞内prion trust依的关键调节因子和 通过操纵囊泡途径的神经元和星形胶质细胞中的清除率。另外,我们 将表征囊泡调节蛋白在原始感染的人和小鼠中的表达 型号。在特定目标3中,我们将确定早期和晚期的细胞特异性表示 囊泡贩运修饰符的阶段。这些实验是 首先要探测腔内pr贩途径对prion prion在体内扩散的贡献, 并将有助于解开囊泡运输如何影响王室的转换,清除和快速 通过大脑传播。拟议的研究在增长时尤其重要 识别阿尔茨海默氏症和其他人发生的内体和溶酶体功能障碍 神经退行性疾病,并带有治疗干预的潜在机会 在蛋白质骨料清除途径中。

项目成果

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