Organoid- und Stammzell-basierte Modelle zum Studium der Gonadenentwicklung

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Schlatt
• Fachliche Zuordnung: Reproduktionsmedizin, Urologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 329621271

Die Differenzierung humaner pluripotenter Stammzellen zu primordialen Keimzell-ähnlichen Zellen (hPGCLCs) ist das bestmögliche Modell zur Untersuchung der frühen Keimbahnentwicklung des Menschen inklusive der geschlechtsspezifischen Keimzelldeterminierung und der dazugehörigen molekularen ‚Pathways‘. Die männliche Determinierung primordialer Keimzellen findet während der Morphogenese des Hodens statt. Zunächst umschließen Sertoli Zellen die Keimzellen. Ein erstes Zeichen der Bildung von Tubuli seminiferi ist die Aggregation der Sertoli Zellen. Die eingeschlossenen Keimzellen antworten mit den für männliche Keimzellen spezifischen Mustern von Expansion und Migration und zeigen die für die männliche Linie typischen transkriptionellen und epigenetischen Veränderungen. In diesem Projekt werden fertilitäts-relevante Gene in der Keimzellentwicklung mit neuen und innovativen Methoden untersucht. Die während der ersten Projektphase etablierte Methodik erlaubt es, „loss-of-function“ Mutationen der Kandidatengene mittels des CRISPR/Cas Systems in humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPSCs) zu exprimieren und deren Rolle anhand morphologischer Parameter, Genexpression und Interaktion mit somatischen Zellen zu analysieren. Wir erwarten neue Erkenntnisse für die Ursachen von Infertilität beim Mann. Als zweites Ziel planen wir das bereits etablierte Xeno-organoid Kultursystem (Ratte-Mensch) zu erweitern. Wir beschreiben mit diesem innovativen Ansatz Faktoren und Gene, die in der männlichen Keimzelldifferenzierung bedeutsam sind. Dies wird mit bildgebenden und histologischen Verfahren erfolgen unter Einsatz von für die männliche Differenzierung, Migration und klonale Expansion typischen Keimzellmarkern. Darüber hinaus vergleichen wir Veränderungen auf Ebene der Transkription und Methylierung vor und nach Exposition zur ex vivo testikulären Mikroumgebung. Als drittes Ziel wird der Xenografting Ansatz diversifiziert. Um die Beobachtungsdauer zu verlängern, werden Organoide mittels ektopischem Xeno-Grafting auf Nacktmäuse langfristig beobachtet und die Entwicklung der Hodengewebe verfolgt. Zusätzlich wollen wir eine standardisierte Kultur mit humanen Primärzellen aus menschlichen Hoden (Transgender-Patienten) etablieren. Damit lassen sich humane Tubuli seminiferi-ähnliche Strukturen in vitro herstellen, die wir als homologes Kultursystem für die PGCLCs verwenden werden. Unser Projekt wird neue Ansätze und Datensätze liefern, um die humane Keimzellentwicklung besser zu verstehen. Mit Fokus auf die geschlechtsbestimmenden Mechanismen innerhalb der Keimzellen zielen wir auf die Beschreibung von unbekannten Ursachen für die männliche Infertilität und erwarten neue Einblicke in die Mechanismen, die das Zusammenspiel zwischen Keimzelle und somatischem Gewebe kontrollieren. Die Daten haben eine hohe klinische Relevanz, da die inkorrekte Spezifizierung der Keimzelle zu einem teilweisen oder vollständigen Verlust der Fruchtbarkeit führen kann.

• DFG-Verfahren: Klinische Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: KFO 326: Male Germ Cells: from Genes to Function
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Hans Robert Schöler