The Pathophysiological Role of Cerebellar Glia in Rett Syndrome

小脑胶质细胞在 Rett 综合征中的病理生理学作用

• 批准号: 10591567
• 负责人: Wei Li
• 金额: $ 36.49万
• 依托单位: UNIVERSITY OF ALABAMA AT BIRMINGHAM
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2021-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/10591567
• 关键词: AMPA Receptors; Agonist; Astrocytes; Behavior; Behavior assessment; Behavioral; Biological Assay; Brain; Brain Diseases; Cell physiology; Cell surface; Cells; Cerebellar Diseases; Cerebellum; Complex; Confocal Microscopy; Data; Dopamine; Dopamine D1 Receptor; Etiology; Extracellular Domain; Fiber; Functional disorder; Genetic; Genetic Transcription; Glutamates; Green Fluorescent Proteins; Hand; Hand functions; Head; Homeostasis; Image; Impairment; Individual; Inferior; Infusion procedures; Knockout Mice; Knowledge; Light; Long-Term Potentiation; Machine Learning; Medulla oblongata olive; Membrane; Membrane Potentials; Methyl-CpG-Binding Protein 2; Molecular; Motor; Movement; Mus; Mutation; Neuroglia; Neurologic Symptoms; Neurons; Opsin; PHluorin; Pathologic; Permeability; Photometry; Play; Property; Purkinje Cells; Research Personnel; Rest; Rett Syndrome; Rodent Model; Role; Slice; Social Behavior; Speech; Speed; Stereotyping; Surface; Symptoms; Synapses; Synaptic Transmission; Synaptic plasticity; Testing; Time; Variant; Whole-Cell Recordings; Woman; antagonist; autism spectrum disorder; biophysical properties; conditional knockout; ex vivo imaging; extracellular; genetic manipulation; girls; improved; in vivo; loss of function mutation; motor behavior; motor deficit; neural; optogenetics; pharmacologic; sensor; severe intellectual disability; social; social deficits; trafficking; ultra high resolution; uptake

PROJECT SUMMARY/ABSTRACT  Rett  syndrome  (RTT)  is  the  leading  cause  of  severe  intellectual  disability  in  girls  and  women.  Individuals  with  RTT  develop  typically  until  6-­18  months,  when  autism-­like  behaviors  and  deficits  in  purposeful  hand  use  and  speech start to develop. Loss-­of-­function mutations in the transcriptional regulator methyl-­CpG-­binding protein   2  (MECP2)  occur  in  >95%  of  RTT  cases.  Initially,  researchers  regarded  MeCP2  deficiency  in  neurons  as  the  exclusive  cause  of  RTT.  However,  recent  studies  have  revealed  that  glia  have  a  pathological  role  in  RTT  etiology. Studies have not yet uncovered the underlying cellular mechanisms of glial cell dysfunction in Mecp2  rodent  models  or  the  impact  of  this  dysfunction  on  brain  function.  In  this  study,  we  propose  to  examine  the  contribution  of  a  specific  glial  subtype,  Bergmann  glia  cells  (BGs)  in  the  cerebellum,  to  the  motor  and  social  deficits  in  RTT.  We  will  focus  on  BGs  because  (1)  cerebellar  disruption  likely  contributes  to  the  motor  and  social  deficits  in  RTT  and  (2)  BGs  are  the  major  glial  subtype  in  the  cerebellum.  We  propose  to  characterize  cerebellar  function  in  conditional  knockout  (cKO)  mice  that  lack  Mecp2  in  BGs  using  a  repertoire  of  approaches,  including  intracellular  whole-­cell  recordings,  in  vivo  recordings  of  single  units  and  local  field  potentials,  in  vivo  and  ex  vivo  imaging  of  genetically-­encoded  Ca2+,  glutamate,  and  dopamine  (DA)  sensors  (GCaMP7,  iGluSnFr,  and  dLight1.1,  respectively),  optogenetics,  chemogenetics,  near  super-­resolution  confocal  microscopy,  and  behavioral  assessments  using  unbiased  machine-­learning  approaches.  Our  preliminary results indicate deficits in BGs from Mecp2-­deficient mice, including higher expression levels of the  GluA1  subunit  of  AMPA  receptors  (AMPARs),  and  depolarized  membrane  potentials.  In  addition,  we  have  preliminary evidence of DAergic modulation of BGs through the activation of D1 receptors (D1Rs) activated by  either electrical or optogenetic stimulation of DAergic inputs to the cerebellum. Of high relevance to motor and  social symptoms in RTT, the expression levels of D1Rs, which modulate GluA1 surface insertion, are higher in  Mecp2  KO  mice.  We  hypothesize  that  BGs  in  the  cerebellum  have  a  pathophysiological  role  in  motor  and  social  deficits  in  Mecp2-­deficient  mice.  We  propose  two  Aims:  (1)  Define  cerebellar  BG  dysfunction  in  Mecp2  cKO  mice;;  (2)  Characterize  DAergic  modulation  of  cerebellar  BGs  in  Mecp2  cKO  mice.  The  proposed  studies  will elucidate the consequences of impaired DAergic modulation of astrocyte function on cerebellar-­dependent  behaviors,  which  will  have  broad  implications  not  only  for  RTT  but  also  for  other  brain  disorders  associated  with cerebellar dysfunction.

项目总结/摘要 Rett综合征（RTT）是导致女孩和妇女严重智力残疾的主要原因。 RTT通常发展到6- 18个月，当自闭症-类似自闭症的行为和有目的地使用手的缺陷， 转录调节因子甲基化CpG结合蛋白的功能突变 最初，研究人员认为神经元中的MeCP 2缺乏是导致RTT的原因之一。 然而，最近的研究表明，胶质细胞在RTT中具有病理作用 研究尚未揭示Mecp 2中神经胶质细胞功能障碍的潜在细胞机制。 啮齿动物模型或这种功能障碍对大脑功能的影响。在这项研究中，我们建议检查 小脑中一种特殊的胶质细胞亚型，Bergmann胶质细胞（BGs），对运动和社交功能的贡献， 我们将重点放在BG上，因为（1）小脑中断可能有助于运动， （2）BG是小脑中主要的胶质细胞亚型。我们建议描述 在BG中缺乏Mecp 2的条件性敲除（cKO）小鼠中，使用 方法，包括细胞内全细胞记录，单个单位和局部场的体内记录 电位，在体内和离体成像的基因编码的Ca 2+，谷氨酸，和多巴胺（DA）传感器 （分别为GCaMP 7、iGluSnFr和dLight1.1）、光遗传学、化学遗传学、近超分辨率 共聚焦显微镜和行为评估使用公正的机器学习方法。我们的 初步结果表明，来自Mecp 2-β缺陷小鼠的BG缺陷，包括Mecp 2-β缺陷小鼠的BGs的较高表达水平。 GluA 1亚单位AMPA受体（AMPAR），和去极化膜电位。 通过激活D1受体（D1 Rs）对BG进行DA能调节的初步证据， DA能神经传入小脑的电刺激或光遗传学刺激。与运动和 在RTT的社会症状中，调节GluA 1表面插入的D1 Rs的表达水平较高， 我们假设小脑中的BG在运动和神经功能障碍中具有病理生理学作用。 本研究提出两个目的：（1）明确Mecp 2-MG缺陷小鼠小脑BG功能障碍 （2）描述Mecp 2 cKO小鼠中小脑BG的DA能调节。 将阐明星形胶质细胞功能的DA能调节受损对小脑-小脑胶质细胞依赖性 行为，这将不仅对RTT而且对其他相关的大脑疾病产生广泛的影响。 小脑功能障碍

项目成果

Purkinje cell dopaminergic inputs to astrocytes regulate cerebellar-dependent behavior.

• DOI: 10.1038/s41467-023-37319-w
• 发表时间: 2023-03-23
• 期刊: NATURE COMMUNICATIONS
• 影响因子: 16.6
• 作者: Li, Chang;Saliba, Natalie B.;Martin, Hannah;Losurdo, Nicole A.;Kolahdouzan, Kian;Siddiqui, Riyan;Medeiros, Destynie;Li, Wei
• 通讯作者: Li, Wei