Generation, differentiation and analysis of human iPS cells with respect to defined synaptopathies

• Applicant: Professor Dr. Tobias Böckers
• Subject Area: Molecular Biology and Physiology of Neurons and Glial Cells
• Term: from 2011 to 2015
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 187990092

• Final Report Year: 2015

Final Report Abstract

Shank Proteine sind „Master-Scaffolding“ Moleküle der postsynaptischen Dichte exzitatorischer Synapsen. Der Verlust oder die Mutation von Shank Genen (z.B. Shank3 beim Phelan McDermid Syndrom, PMS) führt in vielen Fällen zu neuropsychiatrischen Krankheitsbildern aus dem autistischen Spektrum (ASD), die oftmals mit verschiedenen anderen Symptomen (Dysmorphien, muskuläre Hypotonie) vergesellschaftet sind. Die Analyse von Motoneuronen, die aus iPS Zellen von PMS Patienten generiert wurden, zeigten nur wenige morphologische Auffälligkeiten, allerdings eine signifikante Herunterregulation von Untereinheiten des Acetylcholinrezeptors. Die Expressionsunterschiede nahmen dabei im Verlauf der neuronalen Maturierung zu und führten zu deutlichen elektrophysiologischen Veränderungen der Motoneurone. Diese Änderungen könnten sehr wohl die muskuläre Hypotonie von PMS Patienten erklären. Untersuchungen an neuromuskulären Endplatten nach Ko-kultur von humanen Motoneuronen und Muskelzellen (iPS) wird weiteren Aufschluss über die physiologische Signifikanz der Beobachtungen geben. Zusätzlich werden der Vergleich mit Neuronen, die Shank2 Mutationen tragen, und die Zellanalyse nach Einfügen definierter Shank3 Mutationen mit Hilfe der CRISP/CAS Methode helfen, die Pathomechanismen genetisch definierter neuropsychiatrischer Erkrankungen weiter aufzuklären.

Publications

• Autistic-like behaviours and hyperactivity in mice lacking ProSAP1/Shank2. Nature, 486: 256-260 (2012)
  Schmeisser, Michael J.; Ey, Elodie; Wegener, Stephanie; Bockmann, Juergen; Stempel, A. Vanessa; Kuebler, Angelika; Janssen, Anna-Lena; Udvardi, Patrick T.; Shiban, Ehab; Spilker, Christina; Balschun, Detlef; Skryabin, Boris V.; Dieck, Susanne tom; Smalla, Karl-Heinz; Montag, Dirk; Leblond, Claire S.; Faure, Philippe; Torquet, Nicolas; Le Sourd, Anne-Marie; ... & Boeckers, Tobias M.
  
• Microarray-Based Comparisons of Ion Channel Expression Patterns: Human Keratinocytes to Reprogrammed hiPSCs to Differentiated Neuronal and Cardiac Progeny. Stem Cells Int. 784629 (2013)
  Linta, Leonhard; Stockmann, Marianne; Lin, Qiong; Lechel, André; Proepper, Christian; Boeckers, Tobias M.; Kleger, Alexander & Liebau, Stefan
  
• Tbx3 governs cell fate decision towards mesendoderm in mouse embryonic stem cells. Stem cell reports 29;1(3):248-65 (2013)
  Weidgang C, Tata PR, Russell R, Mueller M, Bernemann C, Friedle H, Illing A, Lin Q, Kühl M, Brunner C, Boeckers TM, Seufferlein T, von Wichert G, Zenke M, Kyba M, Schöler H, Arnold SJ, Liebau S and Kleger A
  
• The Dynactin p150 Subunit: Clinical and cell biology studies of 4 mutations found in ALS/MND and Parkinsonian Syndromes. J Neural Transmission 120(5):785-98 (2013)
  Stockmann M, Meyer-Ohlendorf M, Yin H; Hendrich C, Linta L, Proepper Ch, Kuh GF; Baumann B, Langer T, Schwalenstöcker B, Braunstein KE, von Arnim Ch, Schneuwly St, Suessmuth S, Meyer Th, Wong PC, Boeckers TM, Ludolph AC and Liebau St
  
• The Nedd4 binding protein 3 (N4BP3) is crucial for the correct axonal and dendritic branching in developing neurons. Neural Development 17;8:18 (2013)
  Schmeisser MJ, Kühl SJ, Weis TM, Beth NH, Schoen M, Grabrucker AM, Kühl M, Boeckers TM
  
• Neurobiology of autism gene products: towards pathogenesis and drug targets. Psychopharmacology 231(6):1037-62 (2014)
  Kleijer, Kristel T. E.; Schmeisser, Michael J.; Krueger, Dilja D.; Boeckers, Tobias M.; Scheiffele, Peter; Bourgeron, Thomas; Brose, Nils & Burbach, J. Peter H.
  
• The Kvβ2 subunit of voltage gated potassium channels is interacting with ProSAP2/Shank3 in the PSD. Neuroscience 7;261:133-43 (2014)
  Proepper, C.; Putz, S.; Russell, R.; Boeckers, T.M. & Liebau, S.
  
• Analysis of novel stop mutations in SHANK3 identified in patients with ASD or ID. Mol Autism 29;6:23 (2015)
  Cochoy, Daniela M.; Kolevzon, Alexander; Kajiwara, Yuji; Schoen, Michael; Pascual-Lucas, Maria; Lurie, Stacey; Buxbaum, Joseph D.; Boeckers, Tobias M. & Schmeisser, Michael J.
  
• Formation and characterisation of neuromuscular junctions between hiPSc derived motoneurones and myotubes. Stem Cell Research 26;15(2):328-336 (2015)
  Demestre, M.; Orth, M.; Föhr, K.J.; Achberger, K.; Ludolph, A.C.; Liebau, S. & Boeckers, T.M.