Blutstammzellen mit erhöhtem Glukose-Metabolismus treiben den Alterungsprozess im Knochenmark voran

• Antragsteller: Professor Dr. Anthony D. Ho; Privatdozent Dr. Simon Raffel
• Fachliche Zuordnung: Hämatologie, Onkologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 461086654

Die Analyse des Gesamt-Proteoms von hämatopoetischen Stamm- und Progenitor-Zellen (HSPCs) deutet auf eine bemerkenswerte Steigerung des Zucker-Stoffwechsels mit dem Alter hin. In Fortsetzung dieser Untersuchung haben wir mittels der Glucose-Uptake-Assay (GU) (als Surrogat-marker des zellulären Zuckerstoffwechsels) zeigen können, dass wir die HSPCs durch Unterschiede im Glukose-Metabolismus in (a) Glucose-Uptake high (GU-high), (b) GU-intermediate (GU-inter), und (c) GU-low Subpopulationen trennen können. Die Untersuchung mittels Einzelzell-Transkriptom (scRNA-seq) deutet auf eine Anreicherung der GU-high-Zellen mit Seneszenz-Signatur hin, die in älteren Probanden (>60 Jahre) bei ca. 5% der CD34+ Zellen, aber in jungen Probanden kaum nachzuweisen sind. Weitere Analyse der „Pathways“ aus den scRNA-seq-Daten ergabt eine Erhöhung der Genexpressionen in Myeloid-Differenzierung, Entzündungs- und Stress-Response, DNS-Schädigung und -Reparatur, und Zellzyklus-Checkpoints in der GU-high Subpopulation. Des Weiteren sind die GU-high Zellen mit aktivierten, anti-apoptotischen, lebensfördernden Mechanismen ausgestattet. Die erste Zielsetzung unseres Vorhabens ist daher die Frage, ob dieses letzterwähnte Transkript-Profil für die Überlebensvorteil der Seneszenz-Zellen (GU-high Subpopulation) verantwortlich gemacht werden kann, und ob eine Beseitigung dieser GU-high Subpopulation durch Inhibitoren von anti-apoptotischen Faktoren eine Verjüngung des hämatopoetischen Systems bewirken und eine ausgeglichene Lymphoid/Myeloid-Differenzierung wiederherstellen kann. Mutationen, die typischerweise assoziiert sind mit klonaler Hämatopoese (CHIP) treten vermehrt in der GU-high Subpopulation auf. Die zweite Zielsetzung ist daher die eindeutige Verknüpfung von Glukosestoffwechsel, Mutationen und Transkriptom-Profil durch simultane Messung aller Paramter in einzelnen Zellen. Wir kombinieren dabei die Index-Sorting-Technologie für die GU-Assay mit MutaSeq, um das Transkriptom-Profil und die somatischen Mutationen bei den einzeln-sortierten HSPCs festzulegen. Dadurch werden wir einen mechanistischen Systems-Zusammenhang und demzufolge innovative Targets für die senolytische Therapie gewinnen. Nach den vorläufigen Ergebnissen stellt die zelluläre Seneszenz wahrscheinlich eine Serie progressiver und phänotypisch diverser Zellzustände nach Einsetzen des Wachstumsarrests im Sinne von Seneszenz dar. Während eine Inhibition der überlebensfördernden Faktoren einen der Angriffspunkte für „Senolyse“ darstellt, wird unsere simultane Untersuchung auf Einzelzellebene zum Verständnis der Heterogenität zellulärer Seneszenz beitragen und neuartige Zielstrukturen zu deren Bekämpfung offenlegen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen