Characterization and Validation of Mouse VPS35 Model of Parkinson's Disease

项目总结/摘要 空泡蛋白分选35（VPS 35）中的常染色体显性突变已被确定为PD的病因 基因，在晚发型帕金森病的发展中发挥作用。VPS 35作为逆转录酶的支架蛋白发挥作用 介导货物蛋白（跨膜蛋白）从内体到跨膜的再循环的复合物 高尔基体或质膜。因此，VPS 35中的突变可以阻止或限制其递送。 这些物质对多巴胺能神经元的存活至关重要。因此，在回收中断 这些物质的通路可能在黑质多巴胺能神经元的死亡中起着至关重要的作用。 VPS 35突变患者的黑色素瘤。对VPS 35的生物学和病理生理学有更深入的了解 突变型VPS 35对于开发旨在预防发病的治疗干预措施至关重要。 和/或延迟PD的进展。尽管如此，VPS 35基因变异的功能后果 PD尚未被发现。为了更好地了解VPS 35突变在糖尿病中的致病作用， 在体内，我们产生了四环素条件性人VPS 35转基因（Tg）小鼠，其中表达 在黑质纹状体中获得突变的人D 620 N VSP 35或野生型（WT）人VPS 35蛋白。 多巴胺能途径，受多巴胺途径-酪氨酸特异性酪氨酸羟化酶（TH）-β-tTA的控制 司机利用这种小鼠模型，在aim 1中，我们将研究神经化学，神经解剖和行为 使用高效液相色谱法，无偏体视学技术， 在这些小鼠中进行测试。特别是，我们将探讨突变型D 620 N的过表达是否 多巴胺能（DA）神经元中的VPS 35可在衰老过程中引起多巴胺能神经元的损失。重要的是我们的 初步研究表明，在黑质中有强烈的进行性变性， TH-β tTA/TetP-β D 620 N VPS 35小鼠。此外，对病原体的理解也很有趣， VPS 35突变和PD中线粒体功能障碍之间的相互作用。初步结果显示 VPS 35与Keap 1相互作用，Keap 1与D 620 N VPS 35相互作用导致积累 Keap 1是Nrf 2的关键调节因子，同时伴随着Nrf 2蛋白水平和活性的降低， 氧化应激的调节剂。此外，Keap 1/Nrf 2水平的失调介导D 620 N VPS 35-E2的表达。 诱导DA神经元毒性和人DA神经元线粒体功能障碍。在目标2中，我们将 表征D 620 N VPS 35 Tg小鼠中线粒体质量控制的潜在缺陷，代表 DA神经元的变性以及Keap 1/Nrf 2水平的失调在调节这些缺陷中的作用。 此外，我们将确定抑制Keap 1积累是否能挽救DA神经元的损失， D 620 N VPS 35 Tg小鼠中的线粒体功能障碍。这一建议可能会提供一个新的或有价值的遗传 多巴胺能神经变性PD小鼠模型和VPS 35逆转录功能的新认识 多巴胺能神经元损失和线粒体功能障碍。

PROJECT SUMMARY/ABSTRACT    Autosomal dominant mutations in vacuolar protein sorting 35 (VPS35) have been identified as a causal PD  gene, playing a role in the development of late-­onset PD. VPS35 functions as a scaffolding protein for retromer  complex that mediates recycling of cargo proteins (transmembrane proteins) from endosomes to the trans-­ Golgi apparatus or the plasma membrane. Therefore, mutations in VPS35 could prevent or limit its delivery of  the cargoes, which are crucial for the survival of dopaminergic neurons. Hence, a disruption in the recycling  pathway of these cargoes may play a crucial role in the demise of dopaminergic neurons in the substantia  nigra of patients with VPS35 mutations. A greater understanding of biology of VPS35 and the pathophysiology  of mutant VPS35 are essential to the development of therapeutic interventions aimed at preventing the onset  and/or retarding progression of PD. Nonetheless, the functional consequences of the VPS35 genetic variations  in PD have not yet been discovered. To better understand the pathogenic involvement of VPS35 mutations in  vivo, we generated a tetracycline conditional human VPS35 transgenic (Tg) mouse where expression of  mutant human D620N VSP35 or wild-­type (WT) human VPS35 proteins is achieved in the nigrostriatal  dopaminergic pathway, under the control of the dopamine pathway-­specific tyrosine hydroxylase (TH)-­tTA  driver. Utilizing this mouse model, in aim 1, we will study neurochemical, neuroanatomical and behavioral  changes using high-­performance liquid chromatography, unbiased stereological techniques, and behavioral  testing in these mice as they age. In particular, we will explore whether the overexpression of mutant D620N  VPS35 in dopaminergic (DA) neurons may induce loss of dopaminergic neurons during aging. Importantly, our  preliminary study indicates that there are robust and progressive degeneration in the substantia nigra of the  TH-­tTA/TetP-­D620N VPS35 mice. In addition, there is an intriguing but poor understanding of the pathogenic  interplay between the VPS35 mutation and mitochondria dysfunction in PD. Our preliminary result indicates  that VPS35 interacts with Keap1 and the interaction between Keap1 and D620N VPS35 leads to accumulation  of Keap1, a key regulator of Nrf2, and a concomitant decrease in protein levels and activity of Nrf2, a master  regulator of oxidative stress. In addition, the dysregulation of Keap1/Nrf2 levels mediate D620N VPS35-­ induced DA neuronal toxicity and mitochondria dysfunction in human DA neurons. In aim 2, we will  characterize a potential defect in mitochondrial quality control in the D620N VPS35 Tg mice representing  degeneration of DA neurons and the role of the deregulation of Keap1/Nrf2 levels in regulating these defects.   Moreover, we will determine whether suppression of Keap1 accumulation rescues the loss of DA neurons and  mitochondria dysfunctions in D620N VPS35 Tg mice. This proposal may provide a new or valuable genetic  mouse model for PD with dopaminergic neurodegeneration and a new insight of VPS35 retromer function in  loss of dopaminergic neurons and mitochondria dysfunction.