Molecular characterization of lipofuscin pathology in neuronal ceroid lipofuscinosis

神经元蜡状脂褐质沉积症脂褐质病理学的分子特征

基本信息

  • 批准号:
    10604677
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 4.77万
  • 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:
    2022-12-16 至 2024-12-15
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY/ABSTRACT Neuronal ceroid lipofuscinosis type 1 (CLN1) is a devastating neurodegenerative disease with infantile onset. CLN1 is caused by loss-of-function mutations in palmitoyl protein thioesterase 1 (PPT1), a critical depalmitoylating enzyme in the brain. CLN1 and other genetic forms of this disorder (NCLs) are characterized by common clinical symptoms and neuropathological hallmarks. Symptoms include seizures, vision loss, and progressive motor and cognitive decline, while the brains of NCL patients exhibit cortical neuron loss, retinal degeneration, and the accumulation of lipofuscin, an autofluorescent lysosomal storage material with largely undescribed composition. The understanding of the molecular basis of CLN1, and hence the development of treatments, has been hindered by the limited repertoire of known PPT1 substrates. We recently identified more than 100 novel PPT1 substrates and documented a small subset of lysosomal proteins that are both highly upregulated and palmitoylated at early-stage disease in a CLN1 mouse model. Strikingly, these proteins include causal genes and genetic modifiers of NCLs and other lysosomal storage disorders. Further, these salient NCL proteins remain upregulated as CLN1 progresses, and are found, along with validated PPT1 substrates, to accumulate in proteomic datasets of human age-related lipofuscin. These data strongly suggest that CLN1, other forms of NCL, and pathological aging share common molecular mechanisms. However, it remains unclear why this subset of lysosomal storage disorder proteins accumulates in CLN1 and during aging and how they contribute to lipofuscin pathology. The proposed research takes advantage of a key opportunity to dissect these putative etiological relationships. In Aim 1, I will determine if NCL proteins are PPT1 substrates with in vitro depalmitoylation assays and uncover if CLN1 is accompanied by deficits in the lysosomal functions of NCL proteins with hydrolase activity panels. This aim will thus expand the known PPT1 substrate repertoire and detail critical mechanistic links between NCLs. The degradation, trafficking, and lysosomal compartmentalization of NCL proteins will then be tested in Aim 2 using cycloheximide chases, live-cell imaging, and immunocytochemistry. Regardless of whether NCL proteins are PPT1 substrates, this approach will provide a mechanistic basis for their upregulation. Finally, in Aim 3, the composition of CLN1 lipofuscin, including the constituency of NCL proteins and palmitate lipids, will be assessed with electron microscopy and state-of-the art mass spectrometry techniques. Together, the realization of these studies will reveal novel roles of PPT1 in neuronal function and convergent molecular mechanisms of NCL and aging pathogenesis, which may provide therapeutic targets. Mentorship from a diverse panel of experts in my proposed techniques will facilitate my training as an independent cellular and molecular neurobiologist.
项目总结/摘要 神经元蜡样质脂褐质沉积症1型(CLN 1)是一种婴儿期发病的破坏性神经退行性疾病。 CLN 1是由棕榈酰蛋白硫酯酶1(PPT 1)的功能缺失突变引起的,这是一个关键的突变。 大脑中的去棕榈酰化酶CLN 1和这种疾病的其他遗传形式(NCL)的特征在于 常见的临床症状和神经病理学特征。症状包括癫痫发作、视力丧失, 进行性运动和认知能力下降,而NCL患者的大脑表现出皮质神经元丢失,视网膜神经元丢失, 变性和脂褐素的积累,脂褐素是一种自体荧光溶酶体储存物质, 未描述的组合物。对CLN 1分子基础的理解,以及因此开发的 已知的PPT 1底物的有限库阻碍了这些治疗。我们最近发现了更多 超过100种新的PPT 1底物,并记录了一小部分溶酶体蛋白,它们都是高度 在CLN 1小鼠模型中在疾病早期上调和棕榈酰化。这些蛋白质包括 NCL和其他溶酶体贮积症的致病基因和遗传修饰剂。此外,这些突出的NCL 随着CLN 1的进展,蛋白质保持上调,并且发现,沿着经验证的PPT 1底物, 在人类年龄相关脂褐素的蛋白质组数据集中积累。这些数据有力地表明,CLN 1, 其他形式的NCL和病理性衰老具有共同的分子机制。但尚不清楚 为什么这种溶酶体贮积症蛋白在CLN 1中和衰老过程中积累,以及它们如何 有助于脂褐质病理学。拟议中的研究利用了一个关键的机会来剖析这些 假定的病因学关系。 在目标1中,我将通过体外脱棕榈酰化试验确定NCL蛋白是否为PPT 1底物,并揭示 如果CLN 1伴随着NCL蛋白的溶酶体功能缺陷,则用水解酶活性面板。 因此,这一目标将扩大已知的PPT 1底物库,并详细说明关键的机制之间的联系, NCL。然后将在2010年12月15日至2011年12月31日期间,对NCL蛋白的降解、运输和溶酶体区室化进行测试。 利用放线菌酮追踪,活细胞成像和免疫细胞化学。无论NCL是否 蛋白质是PPT 1底物,这种方法将为它们的上调提供机制基础。最后在 目的3,CLN 1脂褐素的组成,包括NCL蛋白和棕榈酸酯脂质的组成, 用电子显微镜和最先进的质谱技术进行评估。统称 这些研究的实现将揭示PPT 1在神经元功能和会聚分子中的新作用。 NCL和衰老发病机制,这可能提供治疗靶点。来自不同领域的导师 专家小组在我提出的技术将促进我的培训,作为一个独立的细胞和分子 神经生物学家

项目成果

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