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

California Institute Of Technology, Pasadena CA

Investigators

Linked publications & trials

Abstract

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.