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

Johns Hopkins University, Baltimore MD

Investigators

Linked publications, trials & patents

Abstract

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.