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Deciphering Neurodegenerative Disease with fast 3D imaging & functional nanoscopy

Descripción del proyecto

La microscopía multimodal asistida por inteligencia artificial y la nanoscopía funcional iluminan los procesos patológicos

Los trastornos neurodegenerativos, como la enfermedad de Huntington, son afecciones neurológicas progresivas causadas por la agregación de proteínas, la cual da lugar a neurotoxicidad. Aún no se conocen con precisión los procesos tempranos y los mecanismos subyacentes a estas afecciones. En este sentido, se ha sugerido un posible papel para la separación anómala de fases líquido-líquido. El proyecto QScope, financiado por el Consejo Europeo de Investigación, tiene por objeto examinar las bases biofísicas de la formación de agregados y la toxicidad, así como el papel de la separación de fases en la enfermedad de Huntington, utilizando modelos celulares y experimentos «in vitro». El equipo del proyecto analizará las variantes proteínicas, el entorno celular, la separación de fases y la propagación de proteínas extracelulares similares a priones. El desarrollo de la microscopía multimodal asistida por inteligencia artificial, junto con la nanoscopía funcional basada en la imagenología sin marcadores y la tinción virtual, ayudará a evaluar las propiedades mecánicas y la fisiopatología celular con una interferencia mínima.

Objetivo

Neurodegenerative diseases are incurable, progressive brain disorders associated with accumulation of aberrant protein aggregates with severe effects on movement and mental functioning. The mechanism leading to neurotoxicity is far from understood, due to our lack of insight into early processes. Recently, aberrant liquid-liquid phase separation has emerged as a new concept to explain protein aggregation in neurodegenerative disease. Here, I will investigate the biophysical basis of the formation of different material states of aggregates, by capitalizing on my expertise at the interface of single-molecule biophysics and quantitative, high-resolution imaging in cells.

I propose to address the following key questions, with the use of cellular models of Huntingtons Disease (HD) complemented with well-controlled in vitro experiments: How do the physico-chemical properties of protein variants and the cellular environment influence aggregation and toxicity? What role does phase separation play in Huntingtons disease? How does prion-like spreading of extracellular protein interfere with local protein assemblies in cells?

HD is caused by a gene defect resulting in aggregation-prone huntingtin protein. The diverse sizes (nm-m) and conformations of the aggregates pose a remarkable challenge, and multiple complementary approaches are needed to unravel their morphology and physico-chemical properties. I will develop multimodal AI-informed quantitative microscopy and functional nanoscopy to decipher how aggregates in neurodegenerative disease form and mature. Importantly, we will work without tags and exploit virtually stained quantitative phase imaging to assess mechanical properties and cell pathophysiology, therefore minimizing interference with aggregation processes. The QScope project is expected to elucidate the role of protein aggregation and phase transitions, relevant for a broad variety of diseases, and to establish new label-free and super-resolution imaging.

Ámbito científico (EuroSciVoc)

Palabras clave

Programa(s)

Tema(s)

Régimen de financiación

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Convocatoria de propuestas

(se abrirá en una nueva ventana) ERC-2024-STG

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Institución de acogida

TECHNISCHE UNIVERSITEIT DELFT
Aportación neta de la UEn
€ 1 500 000,00
Coste total
€ 1 500 000,00

Beneficiarios (1)