Funktionsanalyse der Autismus-Spektrum-Störung-assoziierten Ubiquitin-Proteinligase E3C Ube3C in der kortikalen Entwicklung

• Antragsteller: Dr. Mateusz C. Ambrozkiewicz
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 536563141

Die Ubiquitinierung ist eine reversible Modifikation, die durch E3-Ligasen katalysiert wird und zur Konjugation des Ubiquitinmoleküls an das Zielprotein führt. Es wird geschätzt, dass Gene, die für E3-Ubiquitin-Ligasen codieren, 5 % des gesamten menschlichen Genoms ausmachen. Von allen E3-Ligase-Genen sind ungefähr 13 % direkt mit einer neurologischen Störung verbunden. Unter diesen bilden Mutationen in E3-Ligase-Genen, die mit Autismus-Spektrum-Störungen (ASD) assoziiert sind, die größte Gruppe. Bis heute ist die mechanistische Charakterisierung der Ubiquitinationskaskade und ihre Relevanz für die Gehirnentwicklung nicht vollständig. In diesem Antrag werden wir UBE3C untersuchen, eine Ubiquitin-Ligase, die mit ASD assoziiert ist. Unsere vorläufigen Daten zeigen, dass sein murines Ortholog Ube3C für die ordnungsgemäße Bildung von kortikalen Neuronen der oberen Schicht unverzichtbar ist, von denen angenommen wird, dass sie ein biologisches Substrat für höhere kognitive Funktionen der Großhirnrinde bilden. Darüber hinaus haben wir festgestellt, dass die UBE3C-Aktivität mit der Etablierung der Neuron-zu-Astrozyten-Ratio im sich entwickelnden Neokortex verbunden ist, was auf entscheidenden Funktionen in den kortikalen Vorläufern hinweist. Darüber hinaus haben wir eine Ube3C-vermittelte Regulation der Proteasom-Prozessivität in primären kortikalen Kulturen entdeckt, die bedeuten könnte, dass Ube3C die Kontrolle über die Lebensdauer des Proteoms hat. Insgesamt möchten wir zeigen, dass Ube3C ein wichtiger Akteur bei der Entwicklung der Großhirnrinde ist. Wir schlagen ein systematisches experimentelles Vorgehen vor, um die Ube3C-gesteuerten molekularen und zellulären Grundlagen von ASD-assoziierten Entwicklungsprozessen aufzudecken. Der Antrag skizziert In-vivo-Studien mit dem Ube3C-Vorderhirn-spezifischen Knockout (KO)-Mausmodell, das wir kürzlich etabliert haben, einer Vielzahl fortschrittlicher histologischer und bildgebender Strategien, Ubiquitinationsbiochemie und modernster Transkriptom- und Proteomikmethoden zur Identifizierung der Ubiquitinationsziele und molekulare Signalgebung, die von der Ligase orchestriert werden. Wir schlagen vor, die Auswirkung des Ube3C-Verlusts für die kortikale Konnektivität mit einer hochmodernen Bildgebungstechnik für das gesamte Gehirn zu untersuchen. Unter Verwendung humaninduzierter pluripotenter Stammzellen möchten wir darüber hinaus die Verwendung von Gehirnorganoiden einsetzen, um die Folgen des UBE3C-Verlustes für die frühe Entwicklung des menschlichen Gehirns aufzuklären. Diese Studie wird mechanistische Einblicke in die schlecht charakterisierte Nische der Ubiquitinationsbiologie im Zusammenhang mit der kortikalen Entwicklung und neue Aspekte der molekularen und zellulären Pathologie von ASS gewähren und einen Zugang zu möglichen Behandlungsstrategien bieten, die sich auf die Modulationsaktivität von UBE3C auswirken.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen