Regulation of neocortical development by the E3 ubiquitin ligase IDOL
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Technologische Fortschritte der letzten Jahre erlauben es mittlerweile genetische Erkrankungen an menschlichen Zellen im Labor zu modellieren. Genomweite Assoziationsstudien haben eine Vielzahl von Mutationen identifiziert, die neurologische Erkrankungen oder Entwicklungsstörungen des sich entwickelnden Nervensystems verursachen können. Um den vermeintlich krankhaften Phänotyp experimentell zu untersuchen, werden entweder von Patienten gewonnene Zellen verwendet oder die entsprechenden Mutationen im Tier-Modellsystem erzeugt. Bei diesen Ansätzen treten jedoch mindestens zwei Limitationen auf: Zum Einen weisen Zellen unterschiedlicher Patienten mit gleicher Erkrankung oftmals eine hohe Variabilität auf, wenn es darum geht, spezifische zelluläre Eigenschaften zu messen, was aufgrund des unterschiedlichen genetischen Hintergrundes zustande kommen kann. Auch ist es ungeklärt, mit welchen Zellen diese mutierten Zellen verglichen werden können. Zum anderen ist es eine offene Frage, in wieweit sich menschliche Erkrankungen im Tiermodell reproduzieren lassen. Um diese möglichen Schwierigkeiten zu umgehen, schlage ich den Ansatz der konditionalen Mutagenese an menschlichen pluripotenten Stammzellen vor. Der Einsatz der Cre/Lox Technologie stellt sicher, dass alle Zellen aus dem gleichen Pool stammen und identische Schritte im Labor durchlaufen. Diese konditional mutierten Zellen differenziere ich anschließend mittels induzierter Expression des neurogenen Transkriptionsfaktors Ngn2 in Neuronen. In meinen im Förderungszeitraum durchgeführten Arbeiten habe ich jeweils konditional mutierte Neuronen für drei verschiedene Gene hergestellt: Munc18-1, Synaspin-1 (STXBP1) und L1CAM. Dabei kann ich im Fall von Munc18-1 zeigen, dass durch heterozygote Deletion die synaptische Transmission reduziert wird. Zwei von einander unabhängig erzeugte Mutanten zeigen den gleichen Defekt im Vergleich mit ihrer passenden Kontroll-Zellpopulation. Andere grundlegende neuronale Eigenschaften sind nicht verändert, so dass davon ausgegangen werden kann, dass es sich um die Reproduktion eines spezifischen Phänotyps in anderweitig „gesunden“ Neuronen handelt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2012): Rapid single-step induction of functional neurons from human pluripotent stem cells. Neuron 78(5):785-98
Zhang Y, Pak C, Han Y, Ahlenius H, Zhang Z, Chanda S, Marro S, Patzke C, Acuna C, Covy J, Xu W, Yang N, Danko T, Chen L, Wernig M, Südhof TC
- Analysis of conditional heterozygous STXBP1 mutations in human neurons.
The Journal of Clinical Investigation, Vol. 125. 2015, Issue 9, pp. 3560-3571.
Patzke C., Han Y., Covy J., Yi F., Maxeiner S., Wernig M., Südhof T.C.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1172/JCI78612) - Conditional deletion of L1CAM in human neurons impairs both axonal and dendritic arborization and action potential generation. The Journal of Experimental Medicine, Vol. 213. 2016, Issue 4, pp. 499-515.
Patzke C., Acuna C., Giam L., R., Wernig M., Südhof T.C.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1084/jem.20150951) - The conditional KO approach: Cre/Lox technology in human neurons (Mini Review). Rare Diseases, Vol. 4. 2016, Issue 1:e1131884.
Patzke C., Südhof T.C.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1080/21675511.2015.1131884) - Neuromodulator Signaling Bidirectionally Controls Vesicle Numbers in Human Synapses. Cell, Vol. 179. 2019, Issue 2, pp. 498-513.e22.
Patzke C., Brockmann M.M., Dai J., Gan K.J., Grauel M.K., Fenske P., Liu Y., Acuna C., Rosenmund C., Südhof T.C.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.09.011)
