Undifferenzierte und differenzierende humane pluripotente Stammzellen als in vitro Modell für virale Veränderungen in der frühen Embryonalphase

• Antragstellerin: Dr. Claudia Claus
• Fachliche Zuordnung: Virologie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 261009079

Die pränatale Übertragung eines schwangerschaftsrelevanten Virus auf den Embryo hat zumeist schwerwiegende Folgen. Obwohl die Teratogenität einiger Viren schon länger bekannt bzw. vermutet wird, ist der ihr zugrunde liegende Mechanismus noch weitgehend unbekannt. Daher besteht ein ungebrochener Bedarf an einem geeigneten in vitro Zellkulturmodell, um Virusinfektionen in der sehr frühen Phase der menschlichen Entwicklung darstellen zu können und auch um letztendlich die Sicherheit attenuierter Lebendimpfstoffe in der Frühschwangerschaft zu beurteilen. Ein vielversprechendes Modell für diese Fragestellung sind humane induzierte pluripotente Stammzellen (hiPSCs, human induced pluripotent stem cells), da sie das in vitro Gegenstück der frühen menschlichen Embryonalentwicklung darstellen. Dieser Antrag richtet sich auf die Modellierung zellulärer Veränderungen in hiPSCs, die durch das Rötelnvirus (RV) als ein außergewöhnlich effizientes Teratogen hervorgerufen werden. Hierbei wird der Schwerpunkt bei den RV-induzierten Veränderungen in undifferenzierten und sich differenzierenden hiPSCs sowohl auf die Expression von Pluripotenz- und Differenzierungsmarkern als auch auf Auswirkungen auf den zellulären Stoffwechsel gelegt werden. So ist für die Aufrechterhaltung des Pluripotenzstatus eine niedrige mitochondriale Stoffwechselaktivität erforderlich. Umgekehrt ist der Differenzierungsprozess von einer umfangreichen Restrukturierung der Mitochondrien und somit einer erhöhten Aktivität der mitochondrialen Atmungskette begleitet. Das RV besitzt das Potential den Pluripotenz- und/oder Differenzierungsstaus zu beeinflussen, indem es mit diesen feinen Stoffwechselabstufungen interferiert. Untermauert wird diese Hypothese durch vorangegangene Arbeiten der Antragsstellerin, die eine RV-induzierte Veränderung der mitochondrialen Atmungskettenaktivität in terminal differenzierten Zellen zeigen. Bei allen veranschlagten Untersuchungen werden die Effekte von Wildtyp-Stämmen des RV mit denen eines attenuierten Impfstammes verglichen. Zusätzlich werden (Kontroll)Viren hinzugezogen, die keine zur RV-Embryopathie vergleichbaren Effekte zeigen. Anhand dieses Antrages werden Primärereignisse einer teratogenen Virusinfektion identifiziert und in ihrer Wirkung und ihren Grundlagen mit entwicklungsbiologischen Fragestellungen verknüpft.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen