Neuroprotektive Funktionen des orphanen Zytokinrezeptors CRLF3 - Untersuchungen an humanen Stammzell-differenzierten Neuronen

• Antragsteller: Professor Ralf Heinrich, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen ; Experimentelle Modelle zum Verständnis von Erkrankungen des Nervensystems
• Förderung: Förderung von 2022 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 499371712

Neben der Regulation der Blutbildung wirkt das Zytokin Erythropoetin (Epo) im Nervensystem der Säugetiere protektiv und regenerationsfördernd. Endogene Epo-Spleißvarianten (EV-3) mit neuroprotektiver aber nicht erythropoetischer Wirkung belegen die Existenz eines Epo-Rezeptors, der sich von dem homodimeren „klassischen“ Epo-Rezeptor der Blutbildung unterscheidet. Die Familie der Typ I Zytokinrezeptoren enthält neben dem klassischen Epo-Rezeptor auch den bei Wirbeltieren (inklusive Mensch) und Insekten vorkommenden orphanen „Cytokine Receptor-like Factor 3“ (CRLF3). Wir konnten nachweisen, dass CRLF3 ein neuroprotektiver Epo-Rezeptor in Insekten ist. Neben humanem Epo kann der CRLF3 der Insekten durch diverse Epo-ähnliche Liganden aktiviert werden, die in Säugetieren Neuroprotektion vermitteln ohne den klassischen homodimeren Epo-Rezeptor zu aktivieren. Dieses übereinstimmende Ligandenprofil belegt strukturelle Ähnlichkeiten zwischen dem CRLF3 der Insekten und dem (unbekannten) neuroprotektiven Rezeptor der Säugetiere. Das hier vorgestellte Projekt untersucht die Hypothese, dass der humane CRLF3 ein zellprotektiver Epo-Rezeptor ist, der als spezifischer Ansatzpunkt für die Behandlung neurodegenerativer und neuropsychiatrischer Erkrankungen eingesetzt werden kann. Mit Hilfe des CRISPR/Cas9 Systems wollen wir CRLF3 in zwei unabhängigen humanen induziert pluripotenten Stammzell (hiPSC) Linien mutieren. Wildtypische und CRLF3-mutierte Stammzellen werden zu Neuronen differenziert und in standardisierten Überlebens-Assays apoptogenen Stimuli ausgesetzt. Anti-apoptotische Mechanismen werden durch EV-3 stimuliert, einem spezifischen Liganden der Gewebe-protektiven Epo-Rezeptoren, der nachweislich den Insekten CRLF3 aktiviert. Durch Vergleich der anti-apoptotischen Wirkung von EV-3 zwischen wildtypischen und CRLF3-mutierten Neuronen werden wir klären, ob der humane CRLF3 ein neuroprotektiver Rezeptor für Epo und Epo-ähnliche Liganden ist. Durch pharmakologische Inhibition intrazellulärer Signalwege können die CRLF3-gekoppelten Transduktionswege identifiziert werden. Studien in Mäusen zeigten bereits die Beteiligung von STAT5, Pi3K, MAPK und NFB. In aktuellen Untersuchungen identifizieren wir den endogenen zellprotektiven Liganden des CRLF3 der Insekten. Nach erfolgreicher Identifizierung werden wir durch Sequenzvergleiche nach humanen Orthologen suchen und testen, ob diese Zytokine die CRLF3-vermittelte Protektion in hiPSC-differenzierten Neuronen stimulieren können. Da die CRLF3-mutierten hiPSC in verschiedenste somatische Zelltypen differenziert werden können, kann der Überlebens- Assay als Screen für spezifische Liganden in unterschiedlichen Geweben genutzt werden. Somit kann unter kontrollierten in vitro Bedingungen deren protektives Potential erkundet werden. Ziel ist es, spezifische CRLF3 Aktivatoren für klinische Anwendungen zu identifizieren, die Zelldegenration vermindern ohne Erythropoese und/oder Tumorwachstum zu fördern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen