Determination of pathogenetic mechanisms in cortex-specific Sucla2 deficiency as a model for mitochondrial encephalopathy
确定皮质特异性 Sucla2 缺陷的发病机制作为线粒体脑病模型
基本信息
- 批准号:10629432
- 负责人:
- 金额:$ 54.06万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2022
- 资助国家:美国
- 起止时间:2022-06-01 至 2027-05-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:ACTL6B geneATAC-seqAcylationAdolescentAdultAllelesAnimalsBehavioralBehavioral AssayBindingBiological AssayBrainCardiomyopathiesCell NucleusCellsChemicalsChromatinCitric Acid CycleCognitiveCognitive deficitsComplexControl AnimalDataData SetDefectDevelopmentDimensionsDiseaseDissectionElectron TransportEmbryoEncephalopathiesEnergy MetabolismEnergy-Generating ResourcesEnzymesExhibitsFoodFunctional disorderFutureGene Expression ProfileGeneticHippocampusIntellectual functioning disabilityInvestigationKnock-outLearningLoxP-flanked alleleLysineMeasuresMemoryMetabolicMitochondriaMitochondrial DNAMitochondrial DiseasesMitochondrial EncephalomyopathiesModelingMolecularMotorMusMuscleMutant Strains MiceMyopathyNeurologic DysfunctionsNeuronsNuclearNuclear RNAOrganPathogenesisPathogenicityPathologicPathway interactionsPatternPhenotypePhysiologicalPloidiesPre-Clinical ModelProsencephalonProteinsProteomicsQuantitative Reverse Transcriptase PCRRoleSamplingScreening ResultSensorySuccinate-CoA LigasesTherapeuticTissue-Specific Gene ExpressionTissuesTransgenesTricarboxylic AcidsValidationcell cortexcell typecohortconditional knockoutdesignefficacious treatmentenzyme activityepigenomicsin vivoinnovationinsightmetabolic phenotypemetabolomicsmitochondrial dysfunctionmultiple omicsmutantnervous system disorderneuropathologynovel therapeutic interventionpostnatalprenatalscreeningtranscriptome sequencingtranscriptomics
项目摘要
Abstract
Mitochondrial encephalomyopathy with mitochondrial DNA (mtDNA) depletion is a class of
mitochondrial disease that causes neurological dysfunction with intellectual and developmental
disabilities and myopathy. Deficiency of ADP-specific succinyl-CoA synthetase (SCS), a
component of the TCA cycle, is one of the causes of mitochondrial encephalomyopathy with
mtDNA depletion. SCS is an important integration point of the TCA cycle, intersecting energy
metabolism and posttranslational succinylation. Previous studies have demonstrated that
embryonic mice homozygous for a constitutive mutant Sucla2 allele are embryonic lethal and
exhibit ADP-specific SCS deficiency and mtDNA depletion with detrimental effects on energy
metabolism. For this proposal, to generate adult Sucla2 deficient animals, a conditional
knockout strategy of Sucla2 limited to the postnatal forebrain is employed. Initial investigations
reveal that the mutant animals exhibit a defect in learning and memory and perturbations of
energy metabolism and global protein succinylation in the cortex in the absence of mtDNA
depletion. This proposal is based on the hypothesis that adult phenotypes of Sucla2
deficiency are caused by a combination of TCA cycle dysfunction and perturbations of
global posttranslational succinylation. The Sucla2-forebrain knockout model will be
analyzed by a targeted battery of behavioral assays designed to fully characterize different
cognitive domains for deficits. To determine the potential differential effects of developmental
timing of Sucla2 loss, a conditional knockout with prenatal onset of Sucla2 deficiency will also
be generated and subjected to longitudinal broad behavioral and in vivo physiological screening,
including basic motor, autonomic, sensory, and cognitive assays in both adolescent and adult
stages. Cortex from the forebrain conditional knockout model will be analyzed for
histopathological changes, metabolomic alterations, TCA and ETC enzyme activities, global
posttranslational succinylation and mtDNA content. An innovative approach using integrated
single nuclear (sn) RNA-seq and snATAC-seq to identify differential gene expression patterns
and alterations in chromatin accessibility landscape in different cortical cell types defined by
distinct expression clusters will be employed and the datasets used to inform histopathological
and metabolomic analyses. These studies will provide insights into the pathogenic mechanisms
of Sucla2/SCS deficiency and establish a preclinical model to explore and develop novel
therapeutic approaches.
摘要
线粒体脑肌病伴线粒体DNA(mtDNA)缺失是一类
线粒体疾病导致神经功能障碍,
残疾和肌病。ADP特异性琥珀酰辅酶A合成酶(SCS)缺乏,a
TCA循环的组成部分,是线粒体脑肌病的原因之一,
线粒体DNA缺失。SCS是TCA循环的重要整合点,
代谢和翻译后琥珀酰化。先前的研究表明,
组成型突变Sucla 2等位基因纯合的胚胎小鼠是胚胎致死的,
表现出ADP特异性SCS缺乏和mtDNA缺失,对能量产生不利影响
新陈代谢.对于该提议,为了产生成年Sucla 2缺陷动物,
采用了限于出生后前脑的Sucla 2敲除策略。初步调查
揭示了突变动物在学习和记忆方面表现出缺陷,
线粒体DNA缺失时大脑皮层的能量代谢和整体蛋白琥珀酰化
耗尽这一建议是基于这样的假设,即Sucla 2的成人表型
缺乏是由TCA循环功能障碍和
整体翻译后琥珀酰化。Sucla 2-前脑敲除模型将
通过一组有针对性的行为测定进行分析,
认知领域的缺陷。为了确定发育的潜在差异效应,
Sucla 2缺失的时间,产前发生Sucla 2缺陷的条件性敲除也将
产生并进行纵向广泛的行为和体内生理筛选,
包括青少年和成人的基本运动、自主神经、感觉和认知测定
阶段将分析来自前脑条件性敲除模型的皮质,
组织病理学变化、代谢组学改变、TCA和ETC酶活性、总体
翻译后琥珀酰化和mtDNA含量。一种创新的方法,
单核(sn)RNA-seq和snATAC-seq鉴定差异基因表达模式
以及不同皮质细胞类型中染色质可及性景观的改变,
将采用不同的表达簇,并使用数据集来告知组织病理学
和代谢组学分析。这些研究将为深入了解致病机制提供帮助。
Sucla 2/SCS缺陷的研究,并建立临床前模型,以探索和开发新的
治疗方法。
项目成果
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专利数量(0)
Succinyl-CoA Synthetase Dysfunction as a Mechanism of Mitochondrial Encephalomyopathy: More than Just an Oxidative Energy Deficit.
- DOI:10.3390/ijms241310725
- 发表时间:2023-06-27
- 期刊:
- 影响因子:5.6
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