Entschlüsselung funktioneller Heterogenität bei embryonalen intestinalen Stammzell-Vorläufer in gesundem Zustand und Pathogenese

• Antragstellerin: Dr. Natalia Soshnikova
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsbiologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 427330905

Das Dünndarmepithel ist Träger einer Anzahl von vitalen Funktionen, darunter beispielsweise die Absorption von Nährstoffen, die Sekretion von Hormonen sowie die Abwehr von Mikroorganismen. Um die Vielzahl der Funktionen zu gewährleisten, generieren intestinale Stammzellen (ISCs) funktionell verschiedene Typen differenzierter Epithelzellen. Dabei sollte die Balance zwischen ISC-Proliferation und ISC-Differenzierung streng reguliert sein, da eine übermäßige Produktion von intestinalen Stammzellen zur Tumorgenese führen kann. In gesundem Darmepithel zeigen ISCs verschiedene Charakteristika auf molekularer Ebene, je nach ihrer Position entlang der anterior-posterior Achse. Bei Patienten mit entzündlicher Darmerkrankung (IBD), Colitis ulcerosa oder Morbus Crohn sind molekular unterschiedliche ISC-Typen in derselben Darmregion gemeinsam aufzufinden. Es ist allerdings bisher nicht bekannt, ob ISCs innerhalb desselben Darmabschnitts auch funktional heterogen sind. Sollte dies der Fall sein, so stellt sich die Frage, ob sie je nach embryonalem Ursprung in unterschiedliche Funktionseinheiten differenzieren.Wir konnten vor kurzem nachweisen, dass das embryonale Darmepithel aus ISC-Vorläufern mit unterschiedlichen molekularen Eigenschaften besteht. Nun ist unser Ziel die funktionelle Rolle dieser Heterogenität während der Darmentwicklung nachzuweisen. Wir werden deshalb eine spezifische ISC-Vorläuferpopulation in-vivo genetisch eliminieren, um herauszufinden, ob diese Zellen klar definierte und spezifische Funktionen für den Darmaufbau haben. Mit Hilfe von intestinalen Organoiden, sogenannten „Minidärmen“, werden wir verschiedene ISC-Vorläufern auf ihr Potential zur ex-vivo-Ausbildung adulter ISCs hin untersuchen. Unser zweites Ziel wird darin liegen, herauszufinden, ob molekular heterogene embryonale ISC-Vorläufern zu funktionell heterogenen adulten Stammzellen, einschließlich Krebsstammzellen, differenzieren. In Kombination verschiedener Analyseverfahren wie der Einzelzell-RNA-Sequenzierungen und genetischer Abstammungsanalyse werden wir den Differenzierungsweg verschiedener embryonaler ISC-Vorläufern während der normalen Zellentwicklung des Darmepithels, sowie in neoplastischer Transformation verfolgen. Schließlich werden wir mittels pharmakologischer Inhibitoren jene Signalwege identifizieren, die zur Spezifizierung verschiedener ISC-Vorläufern während der Embryogenese notwendig sind.Die Ergebnisse dieses Projekts werden zu Kenntnissen führen, die grundsätzlich zum Verständnis von Mechanismen beitragen, die für neoplastische Transformation des Dünndarmepithels verantwortlich sind und die zu chronischen Erkrankungen wie Morbus Crohn oder entzündlicher Darmerkrankung führen.Die gewonnenen Daten können ebenso wichtige Einblicke in die zellulären Abläufe geben wie auch zum Verständnis der molekularen Vernetzungen der verschiedenen Typen von ISC-Vorläufern beitragen, die in der Pathogenese der beschriebenen Krankheiten eine wichtige Rolle spielen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen