Analyse der DOT1L-abhängigen Hippocampusentwicklung durch Einzelzell- Hochdurchsatzsequenzierung

• Antragstellerin: Professorin Dr. Tanja Vogel
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449569068

Epigenetische Prozesse beeinflussen die Entwicklung und Funktion des zentralen Nervensystems (ZNS). Bis heute ist die Kenntnis limitiert, welche Rolle einzelne Chromatin-modifizierende Enzyme und ihre Ziele für die Physiologie bzw. Pathophysiologie des ZNS spielen. Insbesondere ist ungeklärt, wie sich Chromatinveränderungen auf die Entwicklung des Hippocampus auswirken. Disruptor of Telomeric Silencing 1- Like (DOT1L) überträgt Histon H3 Lysin 79 (H3K79) Methylierungen. Unsere Vorarbeiten zeigen, dass die Untersuchung der Funktion von DOT1L die Wissenslücke verkleinert, wie dieses epigenetisch modifizierende Enzym die Entwicklung und Funktionsweise des Hippocampus beeinflusst. Unsere Daten zeigen, dass DOT1L-Defizienz mit dem korrekten Ablauf fundamentaler Prozesse während der Hippocampusentwicklung interferiert. Wir beobachten Veränderungen im Gyrus Dentatus (GD) sowie in den Cornu Ammonis (CA) Feldern. Unsere Daten zeigen, dass sich das veränderte Entwicklungsprogramm auf die neuronalen Differenzierung auswirkt, die verfrüht bzw. unter Vermittlung falscher Zellidentitäten abläuft.Wir schlagen vor, vorläufige Einzelzell-RNA-Sequenzierungs-Daten zu erweitern, die wir aus Hippocampusgewebe vom Entwicklungstag (E) 16.5 von Kontroll- und DOT1L-defizienten Mäusen generiert haben. Weitere Entwicklungstage sollen den Zeitraum von E12.5 bis zur Geburt abdecken. Der resultierende Datensatz wird mehrere Entwicklungsstadien umfassen, was die Grundlage ist, Differenzierungswege zu verstehen, die von unterschiedlichen, z.T. noch unbekannten Stammzellpopulationen zu den Neuronen des Hippocampus führen. Durch die Ausweitung unserer Experimente auf die Analyse von H3K79 Methylierungen und der veränderten Zugänglichkeit des Chromatins in regulativen Enhancer-Regionen, werden wir zugrunde liegende molekulare Mechanismen verstehen, die die inkorrekt ablaufenden Transkriptionsprogramme auslösen. Wir schlagen den Einsatz einer Vielzahl bioinformatischer Analysen vor, durch die der umfangreiche Datensatz dieses Projekts analysiert werden soll. Wir werden 1) den Effekt herausfinden, den H3K79 Methylierung auf die Kontrolle der Transkriptionsprogramme hat, die für die Spezifizierung der heterogenen Subpopulationen von Neuronen notwendig sind, 2) die transkriptionellen Programme beschreiben, die an der Bildung der hippocampalen Fissur und des GD beteiligt sind, 3) die unterschiedlichen Populationen neuraler Stammzellen identifizieren, die die Differenzierung des GD und der CA Felder bewirken, und 4) Genaktivitäten ermitteln, die zur Bestimmung der Grenze zwischen Subiculum und CA Neuroepithel notwendig sind und entsprechend des Zellschicksals angepasst werden. Wir werden sog. Master-Regulatoren identifizieren, die die Differenzierung der diversen Neurone im Hippocampus determinieren, und diese Kandidatengene werden funktionell in vivo durch Experimente validiert, die auf Überexpression oder Expressionsverlust spezifischer Gene basieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen