A Peripheral Route for Gut to Brain Propagation of Pathologic Alpha-Synuclein in Parkinson's Disease

项目摘要 α-突触核蛋白（aSyn）原纤维的聚集和积累导致组织病理学包涵体 称为路易体和路易神经突，并在几种神经退行性疾病中观察到。帕金森 在帕金森病（PD）中，这最终导致黑质中多巴胺能神经元的变性和严重的帕金森病。 运动障碍 新的研究结果表明，PD可能有一个前驱期，其特征是非帕金森病。 运动症状，如胃肠道紊乱。因此，假设病理性aSyn可能首先 在传播到大脑之前，它在外周组织中积累，在大脑中它沉淀PD病理。 这是 研究表明，aSyn原纤维能够进行神经元间转运，并可以在神经元间形成种子。 由内源性aSyn形成额外的原纤维。 这个提案的目的是为我提供 训练询问小鼠外周神经系统的先进技术。 我会用这些 技术来检验病理性aSyn从肠道中的肠神经元传播到 大脑通过迷走神经以一种年龄和活动依赖的方式，最终损害大脑。 协调运动的多巴胺能系统。可视化aSyn原纤维、肠道菌群和神经 在高分辨率下，我将使用我们实验室开发的组织透明化方法， 器官和生物体光学透明和高分子可渗透。 我还将使用新的定量 分析大型三维数据集的措施。 我将使用一种新的腺相关病毒衣壳， 对外周神经元的亲和力增加，以将构建体递送至肠神经系统中的神经元和神经， 系统 我将使用全细胞膜片钳记录来确定aSyn纤维对肠神经元的影响。 电生理学和神经传递。 最后，我将使用光遗传学来探索一种依赖于活动的 aSyn摄取和释放的机制。 完成后，本提案中详述的实验将 有助于我们理解肠道中病理性aSyn的形成及其向大脑的传播， 将是开发新型PD诊断和治疗策略的关键。

PROJECT SUMMARY  The  aggregation  and  accumulation  of  alpha-­synuclein  (aSyn)  fibrils  results  in  histopathological  inclusions  called Lewy bodies and Lewy neurites and is observed in several neurodegenerative disorders. In Parkinson’s  disease (PD), this culminates in the degeneration of dopaminergic neurons in the substantia nigra and severe  motor  impairment.  Emerging  findings  suggest  that  PD  may  have  a  prodromal  phase  characterized  by  non-­ motor symptoms such as gastrointestinal disturbances. Thus, it is hypothesized that pathologic aSyn might first  accumulate  in  peripheral  tissue  before  propagating  to  the  brain  where  it  precipitates  PD  pathology.  This  is  supported  by  research  that  shows  that  aSyn  fibrils  are  capable  of  interneuronal  transport  and  can  seed  the  formation  of  additional  fibrils  from  endogenous  aSyn.  The  goal  of  this  proposal  is  to  provide  me  with  training  in  advanced  techniques  to  interrogate  peripheral  nervous  systems  in  mice.  I  will  use  these  techniques to test the hypothesis that pathologic aSyn propagates from enteric neurons in the gut to  the  brain  via  the  vagus  nerve  in  an  age-­  and  activity-­dependent  manner,  eventually  damaging  the  dopaminergic system that coordinates movement. To visualize aSyn fibrils, enteric populations, and nerve  tracts in high resolution, I will use the CLARITY tissue clearing method developed in our lab that renders whole  organs  and  organisms  optically  transparent  and  macromolecule  permeable.  I  will  also  use  novel  quantitative  measures  to  analyze  large  three-­dimensional  datasets.  I  will  use  a  novel  adeno  associated  virus  capsid  that  has increased affinity for peripheral neurons to deliver constructs to neurons and nerves in the enteric nervous  system.  I  will  use  whole  cell  patch  clamp  recordings  to  determine  the  effect  of  aSyn  fibrils  on  enteric  neuron  electrophysiology  and  neurotransmission.  Lastly,  I  will  use  optogenetics  to  explore  an  activity-­dependent  mechanism  of  aSyn  uptake  and  release.  Upon  completion,  the  experiments  detailed  in  this  proposal  will  contribute to our understanding of pathologic aSyn formation in the gut and their propagation to the brain, and  will be key in developing novel diagnostic and therapeutic strategies for PD.