Amyloid Precursor Protein abhängige Entstehung von Kernaggregaten in aus Gen-editierten iPSC Zellen differenzierten Neuronen
Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Unsere Arbeiten im Rahmen des durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projekts lieferten neue Erkenntnisse über die Rolle des Amyloid Precursor Proteins (APP) bei Morbus Alzheimer sowie über die Anwendung der sogenannten CRISPR/Cas9-Technologie zur Untersuchung genetischer Prozesse im Gehirn. Diese Arbeiten tragen dazu bei, die zugrundeliegenden Mechanismen neurodegenerativer Erkrankungen besser zu verstehen und neue experimentelle Ansätze zu entwickeln. APP ist ein insbesondere in Neuronen vorkommendes Protein, das mit der Entstehung von Morbus Alzheimer in Verbindung steht. Unsere Forschung zeigt, dass APP in bestimmten Gehirnregionen mit hohen Anteilen von Alzheimer typischen Amyloid- Plaques eine entscheidende Rolle bei der Fusion sog. promyelozytischer Leukämie-Nuklearkörper (PML-NBs) spielt. Diese Zellstrukturen sind vermutlich an der Regulierung der Genexpression beteiligt und können so diverse Zellfunktionen beeinflussen. Besonders bemerkenswert ist, dass eine spezielle Form von APP, das APP-CT50, direkt mit wichtigen Tumorsuppressorproteinen wie p53 und PML interagiert. Dadurch entstehen Prozesse, die mit der Zellalterung und möglicherweise auch mit dem Fortschreiten neurodegenerativer Erkrankungen in Zusammenhang stehen. In gesunden und gesund alternden Gehirnen sind diese Schutzmechanismen noch vorhanden, während sie bei Morbus Alzheimer deutlich reduziert erscheinen. Dies legt nahe, dass APP-CT50 möglicherweise eine Schlüsselrolle in der Krankheitsentwicklung spielt. Neben der Untersuchung von APP setzen wir moderne genetische Technologien wie CRISPR/Cas9 ein, um Gehirnprozesse gezielt zu erforschen. Ein wichtiger Aspekt unserer Arbeit war die Erzeugung zerebraler Organoide – kleine, aus Stammzellen gezüchtete Gehirnmodelle, die komplexe Zellinteraktionen nachahmen. Mithilfe fluoreszierender Proteine, die mit bestimmten Proteinen fusioniert wurden, konnten wir verschiedene Zellpopulationen in diesen Organoiden sichtbar machen und genetisch modifizieren. Dies erlaubt eine präzise Analyse biologischer Prozesse, die für die Funktion des Gehirns entscheidend sind. Besonders innovativ war die Kombination unterschiedlicher Zelltypen (abgeleitet von zwei verschiedenen Stammzelllinien) innerhalb eines einzigen Organoids, wodurch genetisch veränderte Zellen direkt mit Kontrollzellen verglichen werden konnten. Diese Methode reduziert die Variabilität zwischen einzelnen Organoiden und verbessert die Zuverlässigkeit der Daten erheblich. Unsere Forschung zeigt, dass die Wechselwirkungen zwischen APP und nukleären Zellstrukturen in der Alzheimer-Pathophysiologie eine zentrale Rolle spielen und dass genetische Modellsysteme wie CRISPR/Cas9 dazu beitragen können, diese Mechanismen besser zu verstehen. Die Erkenntnisse aus unseren Untersuchungen können neue Perspektiven für die Entwicklung experimenteller Therapien und präklinischer Modelle zur Erforschung neurodegenerativer Erkrankungen eröffnen. Dies könnte langfristig zu besseren Behandlungsmöglichkeiten für Morbus Alzheimer und anderer neurologischer Störungen führen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Amyloid precursor protein elevates fusion of promyelocytic leukemia nuclear bodies in human hippocampal areas with high plaque load. Acta Neuropathologica Communications, 9(1).
Marks, David; Heinen, Natalie; Bachmann, Lisa; Meermeyer, Sophia; Werner, Michelle; Gallego, Lucia; Hemmerich, Peter; Bader, Verian; Winklhofer, Konstanze F.; Schröder, Elisabeth; Knauer, Shirley K. & Müller, Thorsten
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Gene-Edited Fluorescent and Mixed Cerebral Organoids. The CRISPR Journal, 5(1), 53-65.
Bachmann, Lisa; Gallego Villarejo, Lucia; Heinen, Natalie; Marks, David; Peters, Marcus & Müller, Thorsten
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Role of Intracellular Amyloid β as Pathway Modulator, Biomarker, and Therapy Target. International Journal of Molecular Sciences, 23(9), 4656.
Gallego Villarejo, Lucia; Bachmann, Lisa; Marks, David; Brachthäuser, Maite; Geidies, Alexander & Müller, Thorsten
