Reconstruction of the human blood–brain barrier in vitro reveals a pathogenic mechanism of APOE4 in pericytes

机制(生物学) 血脑屏障 细胞生物学 生物 体外 神经科学 计算生物学 医学 遗传学 中枢神经系统 物理 量子力学
作者
Joel Blanchard,Michael Bula,José Dávila-Velderrain,Leyla Anne Akay,Lena Zhu,Alexander Frank,Matheus B. Victor,Julia Maeve Bonner,Hansruedi Mathys,Yuan-Ta Lin,Tak Ko,David A. Bennett,Hugh P. Cam,Manolis Kellis,Li‐Huei Tsai
出处
期刊:Nature Medicine [Nature Portfolio]
卷期号:26 (6): 952-963 被引量:241
标识
DOI:10.1038/s41591-020-0886-4
摘要

In Alzheimer's disease, amyloid deposits along the brain vasculature lead to a condition known as cerebral amyloid angiopathy (CAA), which impairs blood–brain barrier (BBB) function and accelerates cognitive degeneration. Apolipoprotein (APOE4) is the strongest risk factor for CAA, yet the mechanisms underlying this genetic susceptibility are unknown. Here we developed an induced pluripotent stem cell-based three-dimensional model that recapitulates anatomical and physiological properties of the human BBB in vitro. Similarly to CAA, our in vitro BBB displayed significantly more amyloid accumulation in APOE4 compared to APOE3. Combinatorial experiments revealed that dysregulation of calcineurin–nuclear factor of activated T cells (NFAT) signaling and APOE in pericyte-like mural cells induces APOE4-associated CAA pathology. In the human brain, APOE and NFAT are selectively dysregulated in pericytes of APOE4 carriers, and inhibition of calcineurin–NFAT signaling reduces APOE4-associated CAA pathology in vitro and in vivo. Our study reveals the role of pericytes in APOE4-mediated CAA and highlights calcineurin–NFAT signaling as a therapeutic target in CAA and Alzheimer's disease. An iPSC-based three-dimensional model of the human blood–brain barrier reveals that NFAT and APOE dysregulation in pericyte-like mural cells contributes to cerebral amyloid angiopathy and can potentially be targeted to treat Alzheimer's disease.
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