Funktionelle Heterogenität intestinaler Stammzellen: molekulare Mechanismen und Relevanz für Erkrankungen

• Antragstellerin: Dr. Natalia Soshnikova
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Entwicklungsbiologie ; Gastroenterologie
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 427330905

Gastrointestinale Erkrankungen, die mit einer Störung des epithelialen Zellkompartiments einhergehen, wie chronisch-entzündliche Darmerkrankungen (CED), Zöliakie und Krebserkrankungen des Dünndarms oder des Kolorektums , stellen große Herausforderungen für die Gesundheit dar. Intestinale Stammzellen (ISCs) sind essenziell für die Gewebehomöostase, da sie kontinuierlich verschiedene Epithelzelltypen regenerieren. Traditionell wurden ISCs als funktionell homogene Quelle differenzierter Epithelzellen angesehen. Allerdings sind die Differenzierungs- und neoplastischen Potenziale einzelner ISCs sowie die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen weitgehend unerforscht. In der ersten Förderperiode konnten wir nachweisen, dass adulte ISCs, basierend auf den Eigenschaften ihrer embryonalen Vorläufer, differenziell sekretorische Zelltypen generieren. Axin2+-abgeleitete ISCs zeigen eine verstärkte Differenzierung in Bürsten- und enteroendokrine Zellen, bei reduzierter Paneth-Zellbildung. Dieses Potenzial wird bereits in der Embryogenese durch BMP-Signalübertragung und zellintrinsische Transkriptionsfaktoren festgelegt. Eine temporäre Hemmung des BMP-Signalwegs beeinflusst die spätere Differenzierung Axin2+- als auch von Axin2neg-abstammenden ISCs. Bemerkenswert ist, dass Axin2+-abgeleitete ISCs Hauptquelle von Adenomen im Apcmin/+-Mausmodell sind. Zudem wird ihr Marker CSRNP3 in entzündetem und malignem Darmepithel von Patient*innen mit CED und Darmkrebs überexprimiert. Nun beabsichtigen wir, die Mechanismen zu erforschen, die das differenzielle, krebsfördernde Potenzial der genetisch identischen Axin2+- und Axin2neg-abgeleiteten ISCs steuern. Mithilfe des Apcmin/+:Axin2Cre-ERT:Rosa26tdTomato-Mausmodells sowie durch den Einsatz der CRISPR/Cas9-Geneditierung und pharmakologischer Inhibitoren in Organoid-Systemen werden wir untersuchen, wie zellintrinsische Faktoren und nischenabhängige Signale zur Tumorprogression beitragen. Darüber hinaus werden wir menschliche Organoide und Tumoroide verwenden, um Erkenntnisse aus Mausmodellen zu übertragen und Faktoren zu identifizieren, die die Tumorentwicklung beim Menschen beeinflussen. Die Ergebnisse dieser Studie werden neue Einblicke in die zellulären und molekularen Mechanismen der Tumorprogression liefern und möglicherweise neue therapeutische Zielstrukturen aufzeigen. Unser zweites Ziel ist es, die Rolle von Axin2+-abgeleiteten Epithelzellen bei Morbus Crohn zu untersuchen. Mit Hilfe von Mausmodellen für akute und chronische Ileitis sowie durch CRISPR/Cas9-editierte menschliche und murine Organoiden werden wir die Integrität der epithelialen Barriere und die differenzielle Anfälligkeit für entzündliche Signale in Axin2+- gegenüber Axin2neg-abgeleiteten Klonen analysieren. Diese Forschung wird die molekularen Mechanismen identifizieren, die der Barriere Dysfunktion und chronischen Entzündung bei CED zugrunde liegen, und damit die Grundlage für klonal zielgerichtete Therapien bei Morbus Crohn schaffen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen