Biochemische und Einzelzell-Genexpressionsanalyse von ALS-verursachenden KIF5A-Mutationen

• Antragsteller: Dr. Rüstem Yilmaz
• Fachliche Zuordnung: Molekulare und zelluläre Neurologie und Neuropathologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 492655220

Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) ist eine im Erwachsenenalter auftretende letale neurodegenerative Erkrankung. In einem beträchtlichen Teil der ALS-Fälle wird eine monogene Ursache festgestellt. Wir haben KIF5A als neues ALS-Gen identifiziert. ALS-Mutationen in KIF5A finden sich ausschließlich in einem hot spot um Exon 27 und führen zu Spleißdefekten. Die Mutationen führen immer zu einer Leserasterverschiebung und in der Konsequenz zu einem neuen Proteinende mit der immer identischen 40-Aminosäuren-Sequenz, hier als Neopeptid bezeichnet. Die einheitliche Folge aller ALS-verursachenden KIF5A-Mutationen auf Proteinebene deutet stark auf einen toxischen Funktionsgewinn des Mutations-bedingten Neopeptids hin. Bisher fehlen jedoch experimentelle Beweise dafür. Daher werde ich die Auswirkungen der KIF5A-Mutationen auf zellulärer und biochemischer Ebene untersuchen. Dafür werde ich IPSCs von ALS-Patienten mit heterozygoten KIF5A-Mutationen verwenden, primäre Maus-Motoneurone und In-vitro-Modelle. Ich unter anderem die subzelluläre Verteilung, Proteinumsatzrate und Funktion der Mutanten untersuchen. Da unsere vorläufigen Daten zeigen, dass die Mutationen die Cargo-Bindungsdomäne des Proteins zumindest teilweise verändern, werde ich differentielle Interaktionspartner von KIF5A durch Massenspektrometrie und BRET validieren. Die neuartigen, aufgehobenen oder in der Affinität veränderten Wechselwirkungen könnten ein Schlüssel zum Verständnis der KIF5A-ALS-Pathologie sein. Schließlich möchte ich den Vorteil der ausschließlich neuronalen Expression von KIF5A nutzen, um die damit primär Neuron-autonome Pathogenese zu beleuchten und zu untersuchen, wie sich die Fehlfunktion eines neuronalen Proteins auf andere Zelltypen im Gehirn der Maus auswirkt. Dafür werde ich auch eine Einzelzell-RNA-Sequenzierungsanalyse in einer entsprechenden KIF5A-Knock-In-Maus durchführen. Das Projekt kann somit Aufschluss über die Wechselwirkungen zwischen Neuronen und Gliazellen bei der ALS-Pathogenese geben. Insgesamt ist es mein Ziel, unsere Identifizierung eines neuen ALS-Gens durch funktionelle Studien weiterzuführen und die funktionellen Konsequenzen der KIF5A-Mutationen zu verstehen. Dies wird auch für das Verständnis der Pathogenese der ALS im Allgemeinen von erheblicher Bedeutung sein.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle