Kalzium-aktivitätsabhängige Erzeugung und Erhaltung mesodiencephaler dopaminerger Nervenzellen aus murinen und humanen pluripotenten Stammzellen im Kontext des Morbus Parkinson (DACaION)

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Ralf Kühn; Professorin Dr. Nilima Prakash
• Fachliche Zuordnung: Molekulare und zelluläre Neurologie und Neuropathologie ; Entwicklungsneurobiologie ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 408031320

Die Entstehung der zellulären und molekularen Heterogenität Dopamin-freisetzender (dopaminerger, DA) Nervenzellen des Mittelhirns während der Embryonalentwicklung des Menschen und der Maus ist noch weitgehend unverstanden. Diese Nervenzellen sind an verschiedenen kognitiven, affektiven/emotionalen und motorischen Hirnfunktionen beteiligt. Ihr Verlust oder ihre Dysfunktion führen zu schwerwiegenden neuropsychiatrischen Erkrankungen des Menschen, wie dem Morbus Parkinson, Schizophrenien und Suchterkrankungen. Unsere früheren Arbeiten haben gezeigt, dass eine präzise Modulierung des kanonischen WNT/b-Catenin-Signalwegs hinreichend und notwendig für die korrekte Differenzierung einer Vorläuferpopulation im Mittelhirn der Maus in Substantia nigra pars compacta (SNc) DA Neurone ist. Zudem fördert der WNT/b-Catenin-Signalweg das Überleben dieser Nervenzellen in einem genetischen Mausmodell für den Morbus Parkinson. Die Identifizierung der Zielgene des WNT/b-Catenin-Signalwegs in diesem Zusammenhang war deshalb von besonderem Interesse. Die laser-mikrodissoziierten, WNT-responsiven Zellen aus dem ventralen Mittelhirn des Mausembryos exprimieren vor allem Gene, die für Kalzium (Ca2+)-Ionenkanaluntereinheiten, Ca2+-Sensorproteine und andere Ca2+-assoziierte Ionenkanäle codieren. Durch Ca2+-Ionen vermittelte elektrophysiologische Aktivitäten wurden zu diesem frühen Zeitpunkt der Entwicklung im ventralen Mittelhirn des Mausembryos bereits nachgewiesen.Wir wollen nun die Funktion der Ca2+-vermittelten Aktivitäten und Ca2+-assoziierten Ionenkanäle und Sensorproteine während der Erzeugung und Erhaltung von Mittelhirn-DA Neuronen im Allgemeinen und bestimmten Subpopulationen dieser Nervenzellen im Speziellen untersuchen. Hierzu wollen wir die Ca2+-vermittelten Aktivitäten mittels Ca2+-Bildgebung während der in vitro Differenzierung humaner und muriner pluripotenter Stammzellen in Mittelhirn-DA Neurone analysieren und mit dem entsprechenden Zellschicksal korrelieren. Dazu werden wir neben embryonalen (ES) und induziert pluripotenten (iPS) Reporter-Stammzellen der Maus auch humane iPS-Zellen verwenden, die mittels CRISPR/Cas9-Technologie mit subpopulationsspezifischen Reportergenen ausgestattet wurden. Außerdem wollen wir die Funktion bestimmter Ca2+-assoziierter Ionenkanäle und Sensorproteine während dieses Prozesses untersuchen, indem wir spezifische Antagonisten/Blocker für diese Ionenkanäle applizieren bzw. die entsprechenden Gene in den humanen iPS-Zellen mittels CRISPR/Cas9-Technologie ausschalten. Diese Untersuchungen werden wir auch an differenzierenden iPS-Zellen von idiopathischen Parkinson-Patienten und gesunden Probanden durchführen, um erste Hinweise über möglicherweise veränderte Ca2+-Parameter in den Parkinson-derivierten Zellen zu erhalten. Die Korrektur solcher fehlerhaften Ca2+-Aktivitäten mittels gezielt applizierter Agonisten/Antagonisten dieser Ionenkanäle könnte der Entwicklung neuer therapeutischer Ansätze für den Morbus Parkinson dienen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen