The role of NOD2/RIPK2 signaling in the pathogenesis of Parkinson's Disease

Johns Hopkins University, Baltimore MD

Investigators

Linked publications, trials & patents

Abstract

PROJECT SUMMARY    Growing  evidence  suggest  that  central  nervous  system  (CNS)  inflammation  is  a  major  pathophysiological  process in Parkinson’s disease (PD). The inflammation is characterized by an increase in the number of microglia  and  in  the  levels  of  proinflammatory  cytokines  and  chemokines.  The  proinflammatory  cytokines,  which  are  released  when  microglia  are  activated,  could  exacerbate  α-­synuclein  (α-­syn)  aggregation  and  neuronal  death  ultimately driving the chronic progression of PD. Dying or dead dopaminergic neurons released α-­syn aggregates  can be taken up into the microglia, which leads to microglia activation. This in turn contributes to the accelerated  progression of neurodegenerative processes. Therefore, identification of molecular targets in microglia that can  be modulated to inhibit their inflammatory response may provide new strategy for the treatment of PD. However,  there  is  a  lack  of  knowledge  about  the  cellular  mechanisms  underlying  microglia-­mediated  neuroinflammatory  events  following  stimulation  with  α-­syn  aggregates.  To  gain  a  comprehensive  understanding  of  the  cellular  mechanisms  of  α-­syn  aggregates  induced  microglial  activation,  we  conducted  RNAseq  analysis  using  α-­syn  preformed fibrils (α-­syn PFF) activated microglia. From the screening, we identified NOD2/RIPK2 complex as a  key modulator in neuroinflammatory responses due to α-­syn aggregate. In our preliminary studies, we found that  α-­syn aggregates activate NOD2/RIPK2 mediated inflammatory responses in microglia to exacerbates neuronal  death through a series of signaling events, which included M1 microglial activation and toxic A1 type astrocytes  conversion by secreting IL-­1α, TNFα and C1q. On the other hand, we found that the depletion of NOD2/RIPK2  complex  protects  neuronal  death  via  blocking  microglia-­mediated  A1  astrocyte  conversion  in  vitro  and  in  vivo.  To further confirm and expand our novel preliminary findings, we will systematically pursue the following specific  aims: (i) to define the levels of NOD2, RIPK2 mRNAs and proteins and the levels of phosphorylation of RIPK2  in microglia in mouse models of α-­syn induced degeneration and PD postmortem brains, ii) to characterize the  interaction between NOD2 and α-­syn aggregates in microglia and define how α-­syn PFF binding to NOD2 affects  NOD2/RIPK2  dependent  signaling  pathways  including  RIPK2  activation/ubiquitination  and  MAPKs  and  NF-­kB  activation  in  microglia,  iii)  determine  the  depletion  effect  of  NOD2/RIPK2  signaling  in  microglia-­induced  A1  astrocytes formation due to α-­syn aggregates both in vitro and in vivo, and (iv) to determine the effects of blocking  of NOD2/RIPK2 signaling in α-­syn PFF induced model of PD through genetic ablation of NOD2 and RIPK2 and  pharmacological inhibition of RIPK2. Cellular, neurochemical, neuropathological and behavioral approaches in  vitro  and  in  vivo  will  be  used  to  achieve  these  specific  aims.  Taken  together,  understanding  the  role  of  NOD2/RIPK2  dependent  signaling  in  α-­syn  aggregates-­induced  microglial  activation,  A1  astrocyte  conversion  and DA neuronal death will not only provide novel mechanistic insights into the progression of neurodegenerative  processes in PD, but also ultimately lead to the development of new therapeutic strategies for PD.  Â