Die Bedeutung von Zellzykluseigenschaften für die frühe Entscheidung der Zellspezifikation in interneuronalen Vorläuferzellen der MGE

• Antragstellerin: Dr. Anna Katharina Schlusche
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsneurobiologie ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 417274402

Inhibitorische Interneurone zeichnen sich durch eine große Diversität in ihrer Funktion, Morphologie und ihren Aktivitätsmustern aus. In der Tat gibt es eine Vielzahl Interneuron-assoziierter humaner Erkrankungen wie Epilepsie, Autismus-Spektrum-Störungen und Schizophrenie. Zwei wichtige Subpopulationen dieser Neurone, die sich durch die Expression von Somatostatin (SST) und Parvalbumin (PV) unterscheiden, stammen aus dem medialen Ganglienhügel (MGE). Die Entscheidung PV oder SST zu exprimieren wird bereits in den mitotischen Vorläufern der MGE getroffen und vermutlich durch Zellzyklusregulatoren beeinflusst.In diesem Projekt möchte ich das molekulare Programm entschlüsseln, dass der Entscheidung zur SST oder PV Zellspezifizierung zugrunde liegt, mit dem Fokus auf der Rolle von Regulatoren des Zellzyklus und der Art der Teilung.Für die Analyse der molekularen Grundlagen werden MGEs von genmanipulierte Mäuse an Embryonaltag [E]11.5, E13.5 und E15.5 mittels Einzelzell-RNA-Sequenzierung (scRNAseq) untersucht. Wobei der konditionale Knockout von partition defective 3 (Pard3cKO) in der MGE zu einer größeren SST Dichte im adulten Mauskortex führt, und der KO von cyclin D2 (cD2KO) eine geringere PV Zellzahl im Vorderhirn verursacht. Pilot-scRNAseq-Experimente zeigen, dass sich die Zellen der MGE an E13.5 in 9 verschiedene Zellcluster unterteilen lassen, die verschiedene Zelltypen darstellen: radiale Gliazellen (RGC), intermediäre Progenitorzellen (IPC) und Neurone. Den cD2KO Mäusen fehlt im Vergleich zu den Wildtypen ein IPC Cluster, dies spiegelt die verringert PV Zellzahl wieder, welche von IPCs abstammen. In dem Pard3cKO MGE ist ein RGC Cluster nicht existent, was auf einen verfrühten Zellzyklusaustritt und Differenzierung der Zellen zu SST hinweist. Weitere Daten von E11.5 und 13.5 werden testen ob die genetischen Manipulationen die Zellspezifizierung verschieben und Aufschluss über die Schlüsselregulatoren geben.Vorherige Studien im Kortex zeigten, dass symmetrische vs. asymmetrische Teilungen Hauptregulatoren der Neurogenese und Zellzahl in den embryonalen Keimzonen sind. Wobei nur wenig bekannt ist, wie die verschiedenen Teilungsarten mit dem fortschreitenden Zellzyklus auf molekularer Ebene zusammenhängen. PARD3 beeinflusst asymmetrische Teilungen in RGCs, während cD2 hauptsächlich in IPCs exprimiert wird und somit vermutlich mit symmetrischen Teilungen assoziiert ist. Im Gengensatz zu cD2, wird cD1 in RGCs exprimiert, was eine Auswirkung auf asymmetrische Teilungen vermuten lässt. In Voruntersuchungen konnten bisher unbekannte und Domänen-spezifische Interaktionen zwischen PARD3 und cD1 oder cD2 nachgewiesen werden. Um die Funktion dieser biochemischen Unterschiede zu untersuchen werde ich PARD3 und cD2 doppel KO Mäuse mit PARD3-cD1KO Tieren vergleichen. Hierbei werden in der MGE Zellzykluseigenschaften zu verschiedenen embryonalen Zeitpunkten und die Auswirkungen auf die Zellspezifizierung in PV oder SST im adulten Kortex bestimmt.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeberin: Professorin Margaret Elizabeth Ross, Ph.D.