Ausnutzung mitochondrialer Anfälligkeit von Neuronen von Patienten mit Chorea Huntington zur Entdeckung neuer Behandlungsmöglichkeiten auf molekularer Ebene

• Antragsteller: Professor Alessandro Prigione, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Molekulare und zelluläre Neurologie und Neuropathologie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 423776278

Chorea Huntington (CH) ist eine unheilbare neurodegenerative Erkrankung, die durch eine abnormale CAG-Expansion im Gen Huntingtin (HTT) verursacht wird. Neuronen sind besonders anfällig für die zelluläre Toxizität von mutiertem HTT (mHTT). Diese Anfälligkeit kann eine Folge der neuronalen Abhängigkeit von mitochondrialen Funktionen sein, die in CH beeinträchtigt sind. Diese mitochondrialen Defekte können früh im Krankheitsverlauf auftreten und können im Laufe der Zeit zur Dekompensation von Neuronen und letztendlich zu deren Verlust beitragen. In diesem Projekt zielen wir darauf ab, die Anfälligkeit für mitochondriale Beeinträchtigungen von Neuronen mit mHTT auszunutzen und sie für die Entdeckung potentieller therapeutischer Ziele für CH zu nutzen. Um dies zu erreichen, werden wir von induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSCs) profitieren, die die Erzeugung von frühen Neuronen ermöglichen. Diese haben den Vorteil, nicht die zahlreichen sekundären zellulären Defekte zu enthalten, die sich im Laufe der Zeit im Patientenhirn ansammeln. Als Vorarbeit haben wir bereits iPSCs von vier CH-Patienten und vier Kontrollen desselben Geschlechts und Alters erstellt. Wir haben ein neuronales Differenzierungsprotokoll etabliert, das auf robuste Weise eine reine neuronale Population generiert. Mit CRISPR/Cas9-basiertem Genom-Editing haben wir iPSC-Linien generiert, die verschiedene CAG-Repeats innerhalb desselben patientenspezifischen genomischen Hintergrunds tragen. Genom-editierte Zellen werden uns erlauben, die Konsequenzen der CAG-Expansion und des physiologischen und pathologischen HTT auf die Funktionalität menschlicher Neuronen zu untersuchen.Mit diesen Neuronen aus Kontrollen, CH-Patienten und Genom-editierten Linien werden wir verschiedene mitochondriale Funktionen untersuchen. Dies wird sowohl auf basaler Ebene als auch unter metabolischem Stress. Wir werden die Transkriptom-Daten der Neuronen verwenden, um Regulations-Netzwerke zu identifizieren, die am stärksten von mHTT betroffen sind. Wir werden dann analysieren, ob die Modulation dieser Signalwege unter Verwendung verschiedener Chemikalien die mitochondriale Integrität von CH-Neuronen anders beeinflussen kann, als die von Kontrollneuronen. Um dies zu erreichen, werden wir ein Imaging-basiert High-Content-Analyse (HCA) Testverfahren einsetzen, der in lebenden Zellen mitochondriale Funktionen und neuronale Verzweigungen untersucht. Insgesamt wollen wir die Mechanismen aufdecken, die für die Anfälligkeit für mitochondriale Defekte in Neuronen mit mHTT verantwortlich sind, um mögliche Angriffspunkte zu identifizieren. Durch das Verständnis, welche Stressoren und welche Regulations-Netzwerke die neuronale Homöostase in CH beeinflussen, könnte es möglich sein zukünftige Strategien zu entwickeln, um die mitochondriale Funktion in Neuronen zu erhalten und die frühen toxischen Effekte von mHTT bei den Patienten zu beeinflussen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen