Ausmaß und diagnostisches Potenzial der Ferroptose in humanen Neuropathologien

• Antragsteller: Dr. Thomas Arzberger; Stefan Momma, Ph.D.; Joel Schick, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Molekulare und zelluläre Neurologie und Neuropathologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 501860452

Die Ätiologie neurodegenerativer Erkrankungen des Menschen ist von einer deutlichen Erhöhung des neuronalen Zelltods geprägt. Mit Ausnahme der TUNEL / gespaltenen Caspase-3-Färbung für apoptotische Zellen ist jedoch die in-vivo-Zuordnung anderer "programmierter" Zelltodmodalitäten aufgrund der Abhängigkeit von transienten Markern oder der Wirksamkeit von Inhibitoren in Zellkulturen ausgeschlossen. Die Extrapolation des gesamten auftretenden Zelltods nach Abzug der Apoptose, deutet jedoch auf einen wesentlichen Beitrag anderer Zelltodmodalitäten bei Schlaganfall, Alzheimer, Parkinson und Huntington hin. Der Zelltod aufgrund einer ungehemmten eisenabhängigen Katalyse von toxischen Lipidperoxiden und anderen reaktiven Sauerstoffradikalen wird als Ferroptose bezeichnet. Aufgrund der möglichen Beteiligung an mehreren Krankheiten wurden deren Mechanismen in vitro umfassend charakterisiert. Bisher konnte Ferroptose unter pathologischen Bedingungen beim Menschen aufgrund des Fehlens diskriminierender Ferroptose-Zelltod-Marker nicht endgültig nachgewiesen werden. Dies wäre jedoch ein logischer erster Schritt, um eine klinisch-pathologische Beurteilung zu ermöglichen. Zur Identifizierung solcher Marker verfolgen wir zwei Strategien: (a) In unseren Vorarbeiten haben wir bereits Proteine basierend auf der Biotinylierung von Zelloberflächenproteinen, Affinitätsreinigung über Avidinperlen, und Massenspektrometrieanalyse identifiziert, die für die Ferroptose spezifisch sind. Antikörper gegen diese mutmaßlichen Markerproteine werden in etablierten Zellkultur- und 3D-Organoidmodellen auf ihre Spezifität untersucht. Danach werden diese Antikörper auf einem umfangreichen Panel menschlicher neuropathologischer Gewebe getestet, um den Zelltod zu kategorisieren. (b) Als zweiten Ansatz werden wir Markerproteine oder Lipide charakterisieren, die in extrazellulären Vesikeln (EVs) enthalten sind, kleinen Membraneinheiten von 30-1000 nm Durchmesser. EV spiegeln den physiologischen und metabolischen Zustand ihrer freisetzenden Zellen wider, können leicht aus Körperflüssigkeiten isoliert werden und sind daher ideale Kandidaten um festzustellen, ob Ferroptose mit einer der oben genannten Pathologien verbunden ist. Daher werden wir EV-Marker aus Zellkulturüberständen und Plasma von genetischen Ferroptose-Mausmodellen identifizieren und diese zusätzlich durch Protein- und Lipid-Massenspektrometrie analysieren. Diese Analyse wird auf EV ausgedehnt, die aus dem Plasma menschlicher Patienten mit verschiedenen neurologischen / neurodegenerativen Erkrankungen extrahiert wurden. Das Ziel ist ein histologisches oder EV-basiertes Toolkit, das den Beitrag der Ferroptose zu neurologischen Erkrankungen in klinischen Patientenmaterial nachweist. Dabei könnte ein akzeptables Ergebnis auch ein endgültiger Beweis dafür sein, dass Ferroptose nicht wesentlich zu neuropathologischen Erkrankungen des Menschen beiträgt und daher ihre Rolle überdacht werden müsste.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen