Characterization and Validation of Mouse VPS35 Model of Parkinson's Disease

帕金森病小鼠 VPS35 模型的表征和验证

• 批准号: 9316771
• 负责人: Hanseok Ko
• 金额: $ 24.49万
• 依托单位: JOHNS HOPKINS UNIVERSITY
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2017-02-01 至 2019-01-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/9316771
• 关键词: Address; Affinity Chromatography; Age; Age-Months; Aging; Animals; Behavioral; Biology; Cell Death Signaling Process; Cell membrane; Cells; Complex; Corpus striatum structure; Data; Defect; Development; Disease; Dopamine; Endosomes; Functional disorder; Genes; Genetic; Genetic Variation; Golgi Apparatus; High Pressure Liquid Chromatography; Human; Injectable; Integral Membrane Protein; Investigation; Laboratories; Lead; Link; Longevity; Mediating; Mitochondria; Modeling; Mus; Mutant Strains Mice; Mutation; NF-E2-related factor 2; Nerve Degeneration; Neurodegenerative Disorders; Oxidative Stress; Parkinson Disease; Pathogenesis; Pathogenicity; Pathway interactions; Patients; Play; Protein Sortings; Proteins; Quality Control; Recycling; Rodent Model; Role; Scaffolding Protein; Subfamily lentivirinae; Substantia nigra structure; System; Techniques; Tetracyclines; Therapeutic; Therapeutic Intervention; Tissues; Transgenic Mice; Transgenic Organisms; Tyrosine 3-Monooxygenase; Vacuolar Protein Sorting; Validation; age related; autosomal dominant mutation; behavior test; dopaminergic neuron; drug development; in vivo; insight; mitochondrial dysfunction; mouse model; mutant; neurobehavioral; neurochemistry; neuron loss; neurotoxicity; nigrostriatal dopaminergic pathway; novel; overexpression; prevent; small hairpin RNA; therapeutic development

PROJECT SUMMARY/ABSTRACT    Autosomal dominant mutations in vacuolar protein sorting 35 (VPS35) have been identified as a causal PD  gene, playing a role in the development of late-­onset PD. VPS35 functions as a scaffolding protein for retromer  complex that mediates recycling of cargo proteins (transmembrane proteins) from endosomes to the trans-­ Golgi apparatus or the plasma membrane. Therefore, mutations in VPS35 could prevent or limit its delivery of  the cargoes, which are crucial for the survival of dopaminergic neurons. Hence, a disruption in the recycling  pathway of these cargoes may play a crucial role in the demise of dopaminergic neurons in the substantia  nigra of patients with VPS35 mutations. A greater understanding of biology of VPS35 and the pathophysiology  of mutant VPS35 are essential to the development of therapeutic interventions aimed at preventing the onset  and/or retarding progression of PD. Nonetheless, the functional consequences of the VPS35 genetic variations  in PD have not yet been discovered. To better understand the pathogenic involvement of VPS35 mutations in  vivo, we generated a tetracycline conditional human VPS35 transgenic (Tg) mouse where expression of  mutant human D620N VSP35 or wild-­type (WT) human VPS35 proteins is achieved in the nigrostriatal  dopaminergic pathway, under the control of the dopamine pathway-­specific tyrosine hydroxylase (TH)-­tTA  driver. Utilizing this mouse model, in aim 1, we will study neurochemical, neuroanatomical and behavioral  changes using high-­performance liquid chromatography, unbiased stereological techniques, and behavioral  testing in these mice as they age. In particular, we will explore whether the overexpression of mutant D620N  VPS35 in dopaminergic (DA) neurons may induce loss of dopaminergic neurons during aging. Importantly, our  preliminary study indicates that there are robust and progressive degeneration in the substantia nigra of the  TH-­tTA/TetP-­D620N VPS35 mice. In addition, there is an intriguing but poor understanding of the pathogenic  interplay between the VPS35 mutation and mitochondria dysfunction in PD. Our preliminary result indicates  that VPS35 interacts with Keap1 and the interaction between Keap1 and D620N VPS35 leads to accumulation  of Keap1, a key regulator of Nrf2, and a concomitant decrease in protein levels and activity of Nrf2, a master  regulator of oxidative stress. In addition, the dysregulation of Keap1/Nrf2 levels mediate D620N VPS35-­ induced DA neuronal toxicity and mitochondria dysfunction in human DA neurons. In aim 2, we will  characterize a potential defect in mitochondrial quality control in the D620N VPS35 Tg mice representing  degeneration of DA neurons and the role of the deregulation of Keap1/Nrf2 levels in regulating these defects.   Moreover, we will determine whether suppression of Keap1 accumulation rescues the loss of DA neurons and  mitochondria dysfunctions in D620N VPS35 Tg mice. This proposal may provide a new or valuable genetic  mouse model for PD with dopaminergic neurodegeneration and a new insight of VPS35 retromer function in  loss of dopaminergic neurons and mitochondria dysfunction.

项目摘要/摘要    液泡蛋白质分选 35 (VPS35) 中的常染色体显性突变已被确定为致病性 PD  基因，在迟发性帕金森病的发展中发挥作用。 VPS35 作为逆转录酶的支架蛋白  介导货物蛋白（跨膜蛋白）从内体到反式的再循环的复合物 高尔基体或质膜。 因此，VPS35 的突变可以阻止或限制其传递  货物，对于多巴胺能神经元的生存至关重要。 因此，回收中断  这些货物的途径可能在体内多巴胺能神经元的死亡中发挥关键作用  患有 VPS35 突变的患者的黑质。 对 VPS35 的生物学和病理生理学有更深入的了解  突变 VPS35 对于开发旨在预防发病的治疗干预措施至关重要  和/或延缓 PD 的进展。 尽管如此，VPS35 基因变异的功能后果  PD 尚未被发现。 为了更好地了解 VPS35 突变的致病作用  体内，我们产生了四环素条件人 VPS35 转基因 (Tg) 小鼠，其中表达  突变型人类 D620N VSP35 或野生型 (WT) 人类 VPS35 蛋白是在黑质纹状体中获得的  多巴胺能通路，在多巴胺通路特异性酪氨酸羟化酶 (TH)-tTA 的控制下  司机。 利用该小鼠模型，在目标 1 中，我们将研究神经化学、神经解剖学和行为学  使用高效液相色谱、公正的体视技术和行为进行改变  随着年龄的增长，对这些小鼠进行测试。 特别是，我们将探讨突变体 D620N 是否过度表达  多巴胺能 (DA) 神经元中的 VPS35 可能会导致衰老过程中多巴胺能神经元的损失。 重要的是，我们的  初步研究表明，黑质存在强健且进行性的退化  TH-tTA/TetP-D620N VPS35 小鼠。 此外，对致病菌的了解也很有趣，但知之甚少。  PD 中 VPS35 突变与线粒体功能障碍之间的相互作用。 我们的初步结果表明  VPS35 与 Keap1 相互作用，Keap1 和 D620N VPS35 之间的相互作用导致累积  Keap1（Nrf2 的关键调节因子）的表达，以及伴随的蛋白质水平和 Nrf2（主因子）活性的降低  氧化应激调节剂。 此外，Keap1/Nrf2 水平的失调介导 D620N VPS35- 诱导人类 DA 神经元的 DA 神经元毒性和线粒体功能障碍。 在目标 2 中，我们将  表征 D620N VPS35 Tg 小鼠线粒体质量控制的潜在缺陷  DA 神经元的退化以及 Keap1/Nrf2 水平的失调在调节这些缺陷中的作用。   此外，我们将确定抑制 Keap1 积累是否可以挽救 DA 神经元的损失，以及  D620N VPS35 Tg 小鼠线粒体功能障碍。 该提案可能提供新的或有价值的遗传  患有多巴胺能神经变性的 PD 小鼠模型以及对 VPS35 逆转录酶功能的新见解  多巴胺能神经元丧失和线粒体功能障碍。