Die Auswirkung der Sphingosin-1-Phosphat (S1P) -Lyase Defizienz auf die Physiologie von Astrozyten und auf die epigenetische Regulation

• Antragstellerin: Privatdozentin Dr. Gerhild van Echten-Deckert, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen ; Biochemie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 434626472

Sphingosin-1-Phosphat (S1P), ein evolutionär konservierter Katabolit des Sphingolipid Metabolismus steuert diverse Prozesse im Gehirn wie neurale Entwicklung und Differenzierung. Zudem gibt es Befunde, die eine Funktion von S1P bei der Steuerung der Histon Acetylierung belegen. S1P bindet spezifisch an die Histon Deacetylasen HDAC1 und HDAC2 und hemmt so deren enzymatische Aktivität. Dadurch verhindert es die Abspaltung der Acetylgruppen von den Lysinresten der Histonketten. S1P-Lyase (SGPL1) spaltet S1P irreversibel im finalen Schritt des Sphingolipid Abbaus wobei Ethanolaminphosphat und ein langkettiger Aldehyd entstehen. Obwohl es keine Zweifel über die Bedeutung von S1P für die Entwicklung des Gehirns gibt, sind die Befunde über die Rolle von S1P in der Pathologie neurodegenerativer Erkrankungen recht widersprüchlich. Um die Funktion von S1P im Gehirn zu klären, generierten wir ein Mausmodell in dem SGPL1 spezifisch in neuralen Zellen ausgeschaltet wird (SGPL1fl/fl/Nes). Erwartungsgemäß führt dies zur Akkumulation von S1P im Gehirn. Infolgedessen kommt es zu neuronalem ER-Stress, einem Anstieg der intrazellulären Calcium Konzentration, zur Schädigung der präsynaptischen Architektur und Funktion, sowie zu kognitiven Defiziten der Mäuse. Zudem zeigten wir, dass die SGPL1 Defizienz Dank der Abnahme von Phosphatidylethanolamin (PE) die Autophagie hemmt. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Akkumulation von S1P und die simultane Abnahme von PE in SGPL1 defizienten Gehirnen die Neuronen erheblich schädigt. Da neuronale Schädigungen Entzündungsprozesse auslösen können, haben wir untersucht, ob und in wie weit Mikrogliazellen von der S1P Akkumulation im Gehirn betroffen sind. Mit Hilfe von morphologischen und biochemischen Markern haben wir die Aktivierung der Mikroglia in den Gehirnen der SGPL1fl/fl/Nes Mäuse nachgewiesen. Zudem wurde eine erhöhte Sekretion pro-inflammatorischer Zytokine in Mikroglia dieser Mäuse beobachtet. Da die Zahl der humanen Neuropathalogien infolge von Mutationen im SGPL1 Gen zunehmend ansteigt, planen wir unsere Studien in SGPL1fl/fl/Nes Mäusen auf die Analyse von Astrozyten und auf epigenetische Auswirkungen der S1P Akkumulation in SGPL1 defizienten Gehirnen auszudehnen. Zwei zentralen Fragen soll nachgegangen werden:I) Wie induziert die neural-spezifische Ablation der SGPL1 Astrogliose?II) Welcher molekulare Mechanismus liegt der S1P-abhängigen Regulation der Histon Acetylierung zugrunde?Spezifische Ziele sind:Ia. Erforschung der Grundlagen und Folgen der Astrogliose. Ib. Untersuchung der Autophagie in primär kultivierten Astrozyten.Ic. Verifizierung unserer Hypothese zum molekularen Mechanismus der dem Zusammenspiel von SGPL1 Aktivität, Astrozyten Aktivierung und Autophagie zugrunde liegt. IIa. Analyse der Histon Acetylierung in SGPL1 defizienten Gehirnen.IIb: Studium der Mitwirkung von Calcium bei der Histon Acetylierung.Ergebnisse aus Vorversuchen unterstützen die weitere Durchführung dieser Studien.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen