Circadian rhythms and cell survival in lithium responsive bipolar disorder.

锂反应性双相情感障碍的昼夜节律和细胞存活。

• 批准号: 9898238
• 负责人: Michael Joseph McCarthy
• 金额: --
• 依托单位: VA SAN DIEGO HEALTHCARE SYSTEM
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2017-04-01 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/9898238
• 关键词: ARNTL gene; Affect; Apoptosis; Attenuated; Binding; Biological Assay; Biological Markers; Bipolar Disorder; Brain; Cell Death; Cell Line; Cell Survival; Cell model; Cells; Cellular Assay; Cessation of life; Circadian Rhythms; Clinic; Clinical; Cytoprotection; Diagnosis; Diagnostic; Etiology; Exposure to; Fibroblasts; Functional disorder; Future; Gene Abnormality; Gene Expression; Genes; Genetic; Glutamates; Goals; Gold; Hippocampus (Brain); Human; Hypothalamic structure; Intervention; Laboratories; Length; Link; Lithium; Manic; Measures; Mental Depression; Mental disorders; Methodology; Methods; Modeling; Molecular; Mood stabilizers; Moods; Mus; Necrosis; Neurons; Occupational; Outcome; Oxidative Stress; Pathway interactions; Patients; Periodicity; Peripheral; Pharmaceutical Preparations; Pharmacogenetics; Pharmacology; Phenotype; Population; Prediction of Response to Therapy; Predisposition; Recurrence; Reporter Genes; Reporting; Risk; Running; Skin; Sleep; Small Interfering RNA; Statistical Data Interpretation; Structure; Symptoms; Syndrome; Techniques; Testing; Tissues; Treatment outcome; Veterans; Work; base; brain abnormalities; brain volume; cell injury; circadian; circadian pacemaker; cost; curve fitting; disability; effective therapy; excitotoxicity; genetic manipulation; gray matter; improved; insight; knock-down; mood symptom; mortality; neuronal survival; neuroprotection; neurotrophic factor; novel; oxidative damage; patient response; precision medicine; protective effect; resilience; response; side effect; sleep behavior; social; standard care; stem cells; suicidal risk; suicide rate; suprachiasmatic nucleus; tool; tool development; treatment response

Bipolar disorder (BD) is a common mental illness that affects 1‐2% of the world's population, including >100,000  veterans, causing severe mood symptoms, volumetric of loss of brain gray matter, and elevated rates of suicide. Among  its symptoms, BD is associated with disrupted daily 24 hr rhythms (circadian rhythms) in sleep and activity. However,  due to similarities and overlap with other psychiatric syndromes, it is commonly misdiagnosed and treatment delays are  frequent. Lithium is an excellent treatment for BD, but 30‐50% of lithium treated patients fail to respond fully to  treatment and/or suffer side‐effects. These factors cause needless delays from unsuccessful treatment, increasing cost,  disability, and extending the window or risk for suicide. Because of these challenges, new techniques to diagnose BD,  and more rapidly identify lithium responders would be of tremendous clinical utility. While the suprachiasmatic nucleus  of the hypothalamus is the “master clock” for circadian rhythms, the genes that control circadian rhythms (“clock  genes”) are functional in peripheral tissues and can be studied in cultured skin cells (fibroblasts) from patients. Lithium  has effects on circadian rhythms in fibroblasts, altering the expression of clock genes, increasing rhythm amplitude  (intensity) and lengthening period (the duration between cycles). Using bioluminescent reporter genes (Per2::luc), one  can accurately study the circadian clock in tissues from BD patients and controls. Using this approach, we have identified  clock gene abnormalities in BD, and circadian rhythm differences in period that distinguish lithium responsive and non‐ responsive BD patients. In other studies, we have identified neurotrophins as pharmacogenetic indicators of therapeutic  response to lithium in BD patients. Interestingly, neurotrophins are expressed rhythmically under the control of the  circadian clock. In this proposal, we aim to extend upon this work and synthesize these observations to 1) Establish a  cellular model of lithium responsive BD based on cell death and protection by lithium 2) Determine the effect of  circadian rhythm amplitude on regulating the vulnerability of neurons to oxidative/excitotoxic cell death and 3)  Determine the relationship between circadian period and lithium responsiveness, focusing on neuroprotection by  lithium. The methodological approach is molecular and cell based, using genetic (siRNA knockdown) and  pharmacological means to manipulate circadian amplitude, period and overall rhythmicity in human fibroblasts, stem‐ cell derived induced neurons, and immortalized mouse hippocampal neurons. Following these manipulations,  differences in circadian rhythm parameters (amplitude/period) and cell death will be measured in the absence and  presence of lithium. It is expected that cells from lithium‐responsive patients will be more able to benefit from the  protective effects of lithium in cell death assays. Furthermore, short‐period and high amplitude rhythms in cells will lead  to greater resilience under conditions of excitotoxic/oxidative stress. Analysis will be conducted using curve fitting  methods to measure rhythms and univariate statistical analyses to identify mean differences in cell survival based on  phenotypic or circadian parameters. When complete, these studies may provide mechanistic insights into the  vulnerability factors underlying BD, and molecular mechanisms underpinning lithium's mode of action in treating BD. By  understanding these aspects of BD, it may be possible in the future to develop predictors of treatment response,  diagnostic tools, or new treatment interventions based on these results.

双相情感障碍（BD）是一种常见的精神疾病，影响世界人口的1 - 2%，其中包括> 100，000 退伍军人，造成严重的情绪症状，脑灰质的体积损失，自杀率上升。 其症状，BD与睡眠和活动中的每日24小时节律（昼夜节律）被破坏有关。然而， 由于与其他精神病综合征的相似性和重叠，它通常被误诊， 锂是BD的一种极好的治疗方法，但30 - 50%的锂治疗患者未能完全响应。 治疗和/或遭受副作用。这些因素导致不必要的延误不成功的治疗，增加成本， 残疾，并延长窗口或自杀的风险。由于这些挑战，新的技术来诊断BD， 更快地识别锂反应者将具有巨大的临床实用性。 是昼夜节律的"主时钟"，即控制昼夜节律的基因（"时钟 锂（"基因"）在外周组织中起作用，并且可以在来自患者的培养的皮肤细胞（成纤维细胞）中进行研究。 影响成纤维细胞的昼夜节律，改变时钟基因的表达，增加节律幅度， 使用生物发光报告基因（Per2：：luc），一种新的荧光标记物可以在细胞周期（强度）和延长周期（周期之间的持续时间）之间产生荧光。 可以准确地研究BD患者和对照组的生物钟。使用这种方法，我们已经确定了 BD中的时钟基因异常，以及区分锂反应性和非锂反应性的昼夜节律差异。 在其他研究中，我们已经确定了神经营养因子作为治疗性BD的药物遗传学指标， 有趣的是，神经营养因子在BD患者中对锂的反应。 在这个建议中，我们的目标是扩展这项工作，并综合这些观察结果，以1）建立一个生物钟。 基于锂的细胞死亡和保护的锂响应性BD的细胞模型2）确定 昼夜节律幅度调节神经元对氧化/兴奋毒性细胞死亡的脆弱性，以及3） 确定昼夜节律周期和锂反应性之间的关系，重点关注神经保护， 方法学途径是基于分子和细胞的，使用遗传（siRNA敲低）和 药理学手段来操纵人成纤维细胞的昼夜节律幅度，周期和整体节律，干细胞 细胞衍生的诱导神经元和永生化的小鼠海马神经元。 将在不存在和不存在时测量昼夜节律参数（幅度/周期）和细胞死亡的差异， 预期来自锂响应性患者的细胞将更能够受益于锂的存在。 锂在细胞死亡试验中的保护作用。此外，细胞中的短周期和高振幅节律将导致 在兴奋性毒性/氧化应激条件下具有更大的恢复力。将使用曲线拟合进行分析 测量节律的方法和单变量统计分析，以确定细胞存活的平均差异， 当完成时，这些研究可以提供对表型或昼夜节律参数的机制见解。 BD潜在的脆弱性因素，以及锂治疗BD的作用模式的分子机制。 了解BD的这些方面，将来可能开发治疗反应的预测因子， 诊断工具或基于这些结果的新治疗干预。