Bedeutung von Profilin1 für die Entwicklung und Gyrierung der Großhirnrinde

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Silvia Cappello, Ph.D.; Professor Dr. Marco Rust
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsneurobiologie ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 391970916

Fehlbildungen der Großhirnrinde (Lissenzephalien, Heterotopien) entstehen u. a. durch Defekte in Zellproliferation, -differenzierung oder neuronaler Migration. Ein dynamisches Zytoskeletts ist wichtig für diese Prozesse und wir und andere Arbeitsgruppen konnten mittels humangenetischer Studien oder durch die Analyse entsprechender Mausmodelle Zytoskelett-Regulatoren mit der Entwicklung der Großhirnrinde im Säuger in Verbindung bringen. Die Regulationsmechanismen des Zytoskeletts während der Entwicklung der Großhirnrinde sind jedoch weitestgehend unverstanden. Wir postulieren, dass der Zytoskelett-Regulator Profilin1 wichtig für die Differenzierung neuraler Stammzellen und für die Entwicklung der Großhirnrinde ist. Unsere Hypothese beruht auf unsere Vorarbeiten an embryonalen, Hirn-spezifischen Profilin1-Knockout-Mäusen. Diese ergaben einen deutlichen Anstieg in der Anzahl proliferierender Zellen in der Subventrikular-/Intermediärzone, sowie eine gesteigerte Anzahl basaler Vorläuferzellen inklusive Pax6-positiver basaler Radialglia. Diese Veränderungen gehen mit Faltungen in der Großhirnrinde einher, die wir in allen untersuchten Mutanten häufig gefunden haben. Die Anzahl der basalen Radialglia ist ein wesentlicher Unterschied zwischen lissenzephalen (z. B. Maus) und gyrenzephalen Gehirnen (z. B. Mensch). Entsprechend der 'radial cone'-Hypothese wird angenommen, dass diese Vorläuferzellen zusätzliche radiale Einheiten bilden, welche die Größenzunahme der pialen Oberfläche relativ zur ventrikulären Oberfläche ermöglichen, was letztendlich zur Faltung der Großhirnrinde in gyrenzephalen Spezies führt. Aufgrund der gesteigerten Anzahl basaler Radialglia und den Faltungen in der Großhirnrinde postulieren wir, dass unsere Profilin1-Mausmutante ein wertvolles Modell zur Klärung der weitestgehend unverstandenen zellulären Prozesse darstellt, welche der Gyrierung der Großhirnrinde zu Grunde liegen. In dem beantragten Forschungsvorhaben soll die Funktion von Profilin1 während der Entwicklung der Großhirnrinde in der Maus in einem multidisziplinären Ansatz, unter Verwendung neuester zellbiologischer und mikroskopischer Verfahren aufgeklärt werden. Hierbei soll auch geklärt werden, ob rudimentäre Gyrierung in einem lissenzephalen Gehirn durch Inaktivierung von Profilin1 induziert werden kann. Darüber hinaus soll in einem translationalen Ansatz, unter Anwendung CRISPR/Cas9-vermittelter Geneditierung in kortikalen Organoiden, welche aus humanen induzierbaren pluripotenten Stammzellen generiert werden, die Bedeutung von Profilin1 für die Entwicklung der menschlichen Großhirnrinde an einem etablierten in vitro-Modell geklärt werden. Die geplanten Analysen werden zeigen, ob und wie sich die Funktionen von Profilin1 während der Entwicklung der Großhirnrinde in einem lissenzephalen und einem gyrenzephalen Gehirn unterscheiden und ob Profilin1 Spezies-spezifische Funktionen erworben hat.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen