Pathogenizität der zerebralen Redox-Imbalance und der veränderten mitochondrialen Energetik in einem Maus-Modell des Rett Syndroms

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Müller
• Fachliche Zuordnung: Molekulare und zelluläre Neurologie und Neuropathologie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 456368804

Das Rett-Syndrom (RTT), eine derzeit unheilbare X-chromosomale neurologische Entwicklungsstörung, betrifft v.a. Frauen und beruht auf Mutationen des Transkriptionsmodulators MeCP2. Rett-Mädchen entwickeln sich für 1-2 Jahre scheinbar normal, dann treten kognitive Dysfunktion, irreguläre Atmung, motorische Störungen und Epilepsie auf. Das komplexe Krankheitsbild involviert u.a. beeinträchtigte Mitochondrien, Redox-Imbalance und oxidative Gewebeschäden. All dies tritt im Gehirn neonataler Rett-Mäuse noch vor den typischen RTT Symptomen auf. Als Arbeitshypothese postulieren wir daher, dass diese frühen Redoxänderungen einige spätere Symptome begünstigen und so zur RTT Progression beitragen. Zudem sehen wir in den mitochondrialen Veränderungen und ihrer erhöhten ROS-Freisetzung mögliche Ursachen der Redox-Imbalance. Die protektive Wirkung von Antioxidantien bestätigt dieses Konzept. Auch mildert Re-expression von MeCP2 in Rett-Mäusen den oxidativen Stress sowie die RTT Symptome. Die zerebralen Muster der Redox-Imbalance und Oxidationsschäden, Details der Mitochondrien Veränderung sowie ihre Beiträge zum Krankheitsverlauf sind jedoch unklar. Daher werden wir durch Kartierung der neuronalen Redox-Bedingungen betroffene Hirnareale in männlichen/weiblichen Rett-Mäusen identifizieren und mit oxidativen Gewebeschäden abgleichen. Nutzen werden wir ratiometrisches Redox-Imaging sowie unsere Redox-Indikator Rett Mäuse, die eine Quantifizierung subzellulärer Redoxbedingungen in diversen Hirnregionen und Krankheitsstadien erlauben. Störungen der mitochondrialen Energetik werden durch FluoroRespirometrie spezifiziert und assoziierte Änderungen der mitochondrialen Netzwerk und Ultrastruktur mittels STED- und Elektronen-Mikroskopie erfasst. Diese multiparametrische Analyse wird klären, inwieweit Mitochondrien zur zerebralen Redox-Imbalance beitragen und welche Hirnareale dies betrifft. Globale Konsequenzen und kausale Bezüge der Mitochondrien- und Redox-Veränderungen werden Metabolom-Analysen aufzeigen. Alle Mäuse werden verhaltensphänotypisiert, um zerebrale Redox-, Oxidations- und Mitochondrien-Veränderungen mit dem Krankheitsverlauf, der Symptomatik und ggf. spezifischen Symptomen zu korrelieren. Auch erwarten wir geschlechtsspezifische Details zur totalen MeCP2-Defizienz (hemizygote Rett-Männchen) und zum klinisch relevanten MeCP2-Expressionsmosaik (heterozygote Rett-Weibchen). Abschließend werden wir die im Mausmodell bewiesenen Redox- und Mitochondrien-Veränderungen in kultivierten Fibroblasten von Rett-Patientinnen verifizieren, um ihre pathogene Relevanz auch für die klinische Situation zu bestätigen. Diese Erkenntnisse werden maßgeblich beitragen, die mechanistische Rolle mitochondrialer Veränderungen und assoziierter Redox-Entgleisungen in der RTT Pathogenese zu verstehen und relevante Biomarker sowie therapeutische Ziele identifizieren. Zur Optimierung von Therapiekonzepten, die auf Mitochondrien oder die Redoxbalance zielen, wird dies essentiell sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen