The molecular cell biology jigsaw of Parkinson's disease: bringing the pieces together
The molecular cell biology jigsaw of Parkinson's disease: bringing the pieces together
批准号:
2274756
负责人:
金额:
$0.0万
依托单位:
依托单位国家:
英国
项目类别:
Studentship
财政年份:
2019
资助国家:
英国
项目状态:
已结题
起止时间:
2019 至 --
中文摘要
帕金森病是第二种最常见的神经退行性疾病,影响到65岁以上人口的2%-3%。到目前为止,已有17个基因与帕金森病风险增加有关(“Park基因”)。该领域的一大挑战是将这些基因排序为共同的路径,这可能是病理的基础。共同的主题正在逐渐出现,将几个特征最佳的帕金森病相关基因与两个主要过程联系起来:内切溶酶体运输和有丝分裂。这两个过程都是两个合作的东道国实验室密集研究的领域。内切酶运输对于通过自噬处理有缺陷的细胞器和有毒蛋白聚集体是至关重要的。帕金森病通常与含有α-突触核蛋白的聚集体在大脑的不同区域积累有关,这些聚集体被称为“路易小体”。有丝分裂吞噬涉及通过选择性自噬控制有缺陷的线粒体的处置。由此产生的自噬小体与溶酶体融合,在那里封闭的物质发生降解。未能清除黑质多巴胺能神经元中受损的线粒体和聚集体被认为是导致活性氧积累和钙失衡最终导致细胞死亡的原因。我们感兴趣的是特征最佳的PD相关基因(LRRK2、VPS35、PINK1和Parkin)之间的功能联系。Parkin是一种泛素E3连接酶,由PINK1激活,在丝裂原吞噬中起关键作用。有趣的是,我们已经证明了Parkin可以泛素化VPS35,这是一种参与囊泡运输的蛋白质。VPS35突变导致新合成的溶酶体酶的错误分选和溶酶体生物发生的缺陷。一种与帕金森病相关的VPS35突变形式被发现激活了LRRK2激酶,这是与家族性帕金森病相关的最常见的突变基因之一。LRRK2最重要的底物属于Rab家族的小GTP酶,是囊泡运输和VPS35功能的关键调节因子。该项目将采用活的和固定的细胞成像技术,以及使用模型组织培养细胞系统的生化方法。预计将提供蛋白质组部分,并将提供准备质谱学样品以及蛋白质组数据集的分析和解释方面的培训。我们将使用CRISPR/Cas9基因编辑来生成等基因细胞系,以便对突变型和野生型PD相关基因进行比较。该项目的一个组成部分将需要使用从患者来源的成纤维细胞衍生的神经元前体细胞(NPC)产生的多巴胺能神经元。与IPSC模式相比,这一创新系统具有优势,因为NPC保留了与衰老相关的表观遗传特征。
英文摘要
PD is the second most common neurodegenerative disorder affecting 2-3% of the population over the age of 65. Seventeen genes have been associated with increased PD risk to date ("PARK genes"). The big challenge in the field is to order these genes into common pathways that may underpin the pathology. Common themes are gradually emerging, linking several of the best characterised PD associated genes to two overarching processes: endo-lysosomal trafficking and mitophagy. Both these processes are areas of intense research in the two collaborating host laboratories. Endo-lysosomal traffic is critical for the disposal of defective organelles and toxic protein aggregates by autophagy. PD is commonly associated with the accumulation of alpha-synuclein containing aggregates, called "Lewy bodies" in discrete regions of the brain. Mitophagy concerns the controlled disposal of defective mitochondria by selective autophagy. The resultant autophagosomes fuse with lysosomes where the degradation of enclosed material takes place. Failure to clear damaged mitochondria and aggregates in the dopaminergic neurons of the substantia nigra is thought to result in accumulation of reactive oxygen species and a calcium imbalance ultimately leading to cell death. We are interested in the functional links between the best characterised PD associated genes (LRRK2, VPS35, PINK1 and Parkin). Parkin is a ubiquitin E3 ligase that is activated by PINK1 and plays a critical role in mitophagy. Interestingly, we have shown that Parkin can ubiquitylate VPS35, a protein involved in vesicular trafficking. VPS35 mutants cause mis-sorting of newly sythesised lysosomal enzymes and defects in lysosome biogenesis. A PD associated mutant form of VPS35 has been found to activate the LRRK2 kinase, one of the most commonly mutated genes associated with familial PD. The most prominent substrates of LRRK2 belong to the Rab family of small GTPases, key regulators of vesicular trafficking and VPS35 function. The project will incorporate live and fixed cell imaging techniques and biochemical methods using model tissue culture cell systems. A proteomic component is anticipated and training in the preparation of samples for mass spectrometry as well as the analysis and interpretation of proteomic datasets will be provided. We will use CRISPR/Cas9 gene editing to generate isogenic cell lines that will allow for comparison between mutant and wild-type forms of PD associated genes. A component of the project will entail the use of dopaminergic neurons generated from neuronal precursor cells (NPCs) that can be derived from patient derived fibroblasts. This innovative system is advantageous compared with iPSC models as NPCs retain the epigenetic signatures associated with ageing.
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