Neural sensing of gut bacteria

肠道细菌的神经感知

基本信息

  • 批准号:
    10456027
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 4.88万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-09-01 至 2025-08-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

ABSTRACT The gut continuously senses resident bacteria, but how the brain recognizes these microbes remains unclear. Microbe-associated molecular patterns such as flagellin are detected by the intestinal epithelium by pattern recognition receptors such as Toll-like receptor 5. Recent reports have shown that knocking out this receptor in the gut leads to metabolic syndrome. Pattern recognition receptors are also known to be preferentially expressed on enteroendocrine cells, or electrically excitable epithelial cells traditionally thought to signal hormonally. The sponsor’s laboratory has recently discovered that some of these cells, now known as neuropod cells, are synaptically connected with vagal and pelvic nerves. My preliminary data show that the neuropod cells preferentially express Toll-like receptor 5, and that conditionally knocking out the receptor in neuropod cells leads to weight gain in mice. These data suggest that neuropod cells are critical intermediaries in bacterial signaling from gut to brain. Therefore, the central hypothesis of the research project is that neuropod cells transduce flagellin in the lumen of the colon onto the sacral nerve through a synapse. To test this, two aims are proposed: (1) to determine whether neuropod cells release glutamate in response to flagellin in vitro, and (2) to test neuropod cell transduction of flagellin onto the sacral nerve in vivo. To address these aims, state-of-the-art techniques from intestinal epithelial biology and neurobiology will be combined by the trainee. In Aim 1, acutely dissociated neuropod cells and 3-dimensional organoid cultures will be imaged for calcium activity and glutamate release in response to flagellin. In Aim 2, optogenetic and pharmacological silencing of neuropod cells in sacral nerve recordings will be used to test whether the circuit transduces bacterial signals. These studies are expected to uncover a novel mechanism for microbes to communicate with the central nervous system that can be used to develop therapeutics for patients with gastrointestinal disease. This proposal will ultimately support the training of a dual-degree MD/PhD student, in preparation for his career as an independent physician-scientist at the intersection of a clinical gastroenterology practice and a neuroscience laboratory. The training plan will also include attending conferences and participating in organizing an international society of gut-brain scientists started by his sponsor named Gastronauts. With the support of this F30, the trainee will develop the requisite skill set to transition into post-doctoral clinical and research training on the path to becoming an independent physician scientist.
抽象的 肠道继续说出居民细菌,但大脑如何识别这些微生物 不清楚。肠检测 图案识别受体(例如Toll-like受体5)上皮。最近的报道已显示 在肠道中淘汰该受体会导致代谢综合征。模式识别受体 也已知最好在肠内分泌细胞上表达,或者电上令人兴奋 传统上,上皮细胞在荷尔蒙上发出信号。赞助商的实验室最近有 发现这些细胞中的一些(现在称为神经脚类细胞)与 迷走神经和骨盆神经。我的初步数据表明,神经足类细胞优先表达 Toll样受体5,并且有条件地敲除神经足类细胞中的受体导致重量 在小鼠中获得。这些数据表明,神经足类细胞是细菌信号中的关键中间体 从肠道到大脑。因此,研究项目的核心假设是神经脚架细胞 通过突触将结肠腔中的鞭毛蛋白传播到骨神经上。为了测试这一点, 提出了两个目的:(1)确定神经足类细胞是否响应于 体外鞭毛蛋白,(2)测试鞭毛蛋白在体内的神经蛋白转移到s骨神经。到 解决这些目的,肠上皮生物学和神经生物学的最先进技术将 由实习生组合。在AIM 1中,急性解离神经脚类细胞和3维器官 培养物将成像以响应鞭毛蛋白而成像钙活性和谷氨酸释放。在AIM 2中, 将使用神经足类细胞的光遗传学和药物沉默在萨斯神经记录中 测试电路是否传递细菌信号。这些研究有望发现 微生物与中枢神经系统通信的新型机制可用于 为胃肠道疾病患者开发理论。该建议最终将支持 培训双度MD/PhD学生,为他的独立职业做准备 临床胃肠病学实践与神经科学的交集的身体科学家 实验室。培训计划还将包括参加会议并参加组织 一个国际肠道科学家学会由他的赞助商名为Gastronauts创立。与 对此F30的支持,受训者将发展必要的技能,以过渡为博士后临床 以及成为成为独立物理科学家的道路的研究培训。

项目成果

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