Epitheliale Polarität als Bestimmungsfaktor des Entwicklungsschicksals multipotenter endokriner Vorläuferzellen im menschlichen Pankreas

• Antragsteller: Dr. Ulf Tiemann
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsbiologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 382408533

Wie während der Entstehung komplexer Organe, die aus vielen verschiedenen Zelltypen aufgebaut sind, ausgehend von denselben multipotenten Vorläuferzellen unterschiedliche Entwicklungsschicksale ausgelöst werden, ist eine elementare unbeantwortete Frage in der Entwicklungsbiologie. Die gastgebende Arbeitsgruppe untersucht diese zentrale allgemeine Frage anhand des sich entwickelnden Pankreas als Modellsystem und hat vor kurzem herausgefunden, dass die apikal-basale Polarisierung von Epithelzellen eine entscheidende steuernde Rolle für die Festlegung des Entwicklungsschicksals pankreatischer Zellen spielt. Auf Grundlage von vorausgegangenen Experimenten stellen wir die Hypothese auf, dass epitheliale Polarität das bestimmende Signal für die Differenzierung multipotenter endokriner Vorläuferzellen im Pankreas zu entweder glukagonproduzierenden Alpha- oder insulinproduzierenden Betazellen darstellt. Um diese Hypothese direkt zu überprüfen werden wir mit Hilfe der CRISPR/Cas9-Technologie fluoreszierende Reporter für den endokrinen Vorläuferzell-Marker NGN3 sowie für einen Polaritätsmarker in dieselbe humane embryonale Stammzelllinie (hES-Zelllinie) einbringen. Diese Doppelreporter-hES-Zellen werden dann in vitro gezielt dazu veranlasst, zu endokrinen Pankreaszellen zu differenzieren. Wir werden ein neuartiges Verfahren zur Abstammungsverfolgung verwenden, das auf konfokaler Live-Bildgebung basiert, um den Zusammenhang zwischen Polarisierung der Vorläuferzellen und ihrem späteren Schicksal als Alpha- oder Betazellen zu bestimmen. Die vorausgegangenen Forschungen der Gastgebergruppe deuten darauf hin, dass apikal-basale Polarisierung die endokrine Differenzierung durch Hemmung des Notch-Signalwegs beeinflusst. Mit Hilfe einer Kombination von experimentellen Ansätzen, einschliesslich RNA-Interferenz und Protein-Co-Immunopräzipitation, werden wir die molekularen Mechanismen bestimmen, die den Polaritätskomplex mit dem Notch-Signalweg und mit Entwicklungsentscheidungen in unpolarisierten und polarisierten multipotenten Vorläuferzellen verbinden. Die erwarteten Ergebnisse werden nicht nur bislang unbekannte Details grundlegender biologischer Prozesse und im Besonderen der menschlichen Pankreasentwicklung erhellen, sondern auch zur Verbesserung von Protokollen für die in-vitro-Erzeugung von Betazellen aus hES-Zellen und dadurch zur Entwicklung von innovativen Zelltherapien gegen Diabetes beitragen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Dänemark
• Gastgeber: Professor Dr. Henrik Semb