Project 2: Tau uptake mechanisms and neuronal excitability in FTD

点击翻译按钮获取中文摘要

PROJECT SUMMARY/ABSTRACT — PROJECT 2    Many unknown pathogenic steps lie between normal tau protein in a healthy neuron and the cellular  dysfunction that occurs as a result of tau uptake and aggregation. The aims address two emerging facets of  the pathobiology: the mechanism of tau uptake in neurons and astrocytes and the effects of tau inclusions on a  set of functional cellular parameters. Tau uptake will be studied using a highly novel and highly collaborative  approach called CRISPRi to identify in a non­biased manner genes involved in tau uptake followed by  functional studies, which will validate the CRISPRi hits. A more focused approach to uptake will focus on  HSPGs with a GAG microarray panel to identify HSPG chain features to which tau can bind specifically. Once  tau is inside the cell we ask what are the effects of tau inclusions or tau mutations in human iPSC­derived  neurons. We have synthesized multiple types of tau aggregates and studied their uptake conditions. A variety  of techniques will be applied to pinpoint cellular defects due to the burden of tau inclusions. These techniques  fall into two categories—expression sequencing and electrophysiological assessment. With regard to the  former, the strength of our proposal is the use of single cell RNAseq to identify precisely gene expression  changes in cells with tau inclusions compared to its neighbors that do not have tau inclusions. A further  strength is the data that supports our hypothesis concerning the role of tRNA in triggering tau conformational  changes that may lead to aggregation as well as an investigation of the role of cellular stress in inducing tRNA  cleavage and the formation of half tRNAs known as tiRNAs. We have also hypothesized that tau can induce  electrophysiologic dysfunction and over the past three years in collaboration with the physics department have  built tools capable of detecting conduction deficits, alterations in the action potential at the axonal initial  segment and hyer­excitability. The detection methods utilize a multi­electrode array (MEA) platform, modified  MEAs that are patterned to confine neuron growth and direct signaling between neuronal ensembles, analytical  tools for spike trains, and an automated cell harvesting device. The delineation of the effects on tau mutations  and tau inclusions on cultured cells is a cellular phenotype that is not well­described in the field, but will be  necessary in the future for small molecule screens. Working inter­changeably with several cellular systems will  allow us to select the ideal context for each experimental question posed and explore multiple facets in a  search for tau­related cellular phenotypes. This proposal rests on strong interactions among all the team  members.