Entzifferung der Entwicklung und Vielfalt der Mikroglia in der weißen und grauen Substanz in der Neurodegeneration und in der Alterung

• Antragsteller: Professor Dr. Özgün Gökçe; Professor Dr. Marco Prinz; Professor Dr. Mikael Jakob Simons
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 458957955

Altersbedingte Veränderungen der Gehirnstruktur sind ein Hauptrisikofaktor für verschiedene neurologische Erkrankungen. Die spezifische Reaktion von Mikroglia auf altersbedingte und neurodegenerative Schäden sind von grundlegender biologischer Bedeutung und von klinischem Interesse. Während der normalen Alterung kommt es zu Myelin-Degeneration, die die Aktivität der Mikroglia, insbesondere in der weißen Substanz, verändert. Möglicherweise könnte aufgrund der einzigartigen Stuktur der Myelinmembran, welche aus lipidreichen, dicht verpackten und daher schwer verdaulichen Membranstapeln besteht, mit der Zeit die phagozytische Funktion von Mikroglia überfordert werden. In unseren bisherigen Studien konnten wir unter Anwendung von Einzelzell-RNA-Sequenzierung (scRNAseq) und Immunhistochemie eine besondere Mikroglia-Population in der weißen Substanz identifizierten, die wir als "weiße-Substanz-assoziierte Mikroglia" (WAM) bezeichnen, und die sich transkriptionell von den "krankheits-assoziierten" Mikroglia (DAM) unterscheidet. Unsere vorläufigen Arbeiten zeigen, dass sekretiertes Apolipoprotein, APOE, das eine entscheidende Rolle im Lipidstoffwechsel und in der Immunität spielt, für die WAM- und DAM-Bildung in Alzheimer Erkrankung (AE) -Modellen erforderlich ist. Angesichts der bekannten Rolle der APOE-Varianten (APOE2, APOE3 und APOE4) in der Pathogenese der AE hat die Charakterisierung der Mikroglia und die Auswirkungen von APOE-Allelen auf diese Zellen einen wichtigen Stellenwert in der Entwicklung von Mikroglia-basierten Therapien. In diesem Antrag sollen Mikroglia von Mäusen als auch von Menschen untersucht werden, um evolutionär konservierte und divergierende Mikroglia-Programme zu identifizieren. Zunächst werden wir Mikroglia-Zustände in Mausmodellen mithilfe eines "Multiome-Assays" untersuchen, welche Transposase Accessible Chromatin (ATAC-seq) und scRNAseq (drop-seq) in derselben Zelle kombiniert. Die bioinformatische Integration dieser multimodalen Datensätze wird molekulare Mechanismen der Mikroglia-Identität in physiologischen und pathologischen Zuständen aufdecken. Wir werden Methoden verwenden, die auf scRNAseq und CRISPR-Cas9 basieren, um die genetische Abstammung und Populationsdynamik von Mikroglia in der weißen und grauen Substanz zu entschlüsseln. Um den räumlichen Kontext für die Mikroglia-Kartierung bereitzustellen werden wir Spatial Transcriptomics (ST) verwenden, die Gen-Co-Expressionsnetzwerke identifiziert, und diese mit der Heterogenität der Mikroglia verbindet. Zudem werden wir unseren "Multiome-Assay" an Kulturen lebender, humaner Mikroglia, anwenden. Zusammenfassend schlagen wir vor durch diese Verfahren die genetische Abstammung und die Bedeutung der Mikrogliaaktivierungs-Zustände in vivo zu entschlüsseln. Die Ergebnisse dieser Forschung könnten nicht nur für das Verständnis der normalen Alterung, sondern auch von altersbedingten Demenzen, einschließlich der AE, von Bedeutung sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen