TAU-Pathologie vermittelte Beeinträchtigung von Mikrotubuli in Modellen genetischer Tauopathie

• Antragsteller: Dr. Hans Zempel
• Fachliche Zuordnung: Molekulare und zelluläre Neurologie und Neuropathologie ; Humangenetik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 560158295

TAU ist ein neuronales Mikrotubuli-assoziiertes Protein, welches in einer Reihe von Erkrankungen (sog. Tauopathien, u.a. Alzheimer-Demenz (AD)-ähnlichen genetischen Formen der frontotemporalen Demenz (FTD)) fehlverteilt und aggregiert. Mikrotubuli sind essentiell für neuronale Funktion, aber in Tauopathien gehen neuronale Mikrotubuli gehen. In AD Modellsystemen zeigten wir, dass Tyrosin-Tubulin-Ligase-Like (TTLL) 6 induzierter Mikrotubuliverlust maßgeblich für den neuronalen Funktionsverlust sein kann. TTLL-Enzyme (derzeit 13 bekannt) regulieren die Mikrotubulidynamik und -stabilität durch spezifische posttranslationale Modifikationen, u.a. durch Polyglutamylierung, die wiederum Rekrutierung von SPASTIN und anderen Mikrotubuli-schneidenden Enzymen induziert. Wir zeigten dass TAU-induzierte TTLL6-Translokation und SPASTIN Aktivität zu AD-ähnlicher neuronaler Dysfunktion führt. Wir zeigen hier dass in FTD-transgenen Mäusen TAU Fehlverteilung mit reduzierter Mikrotubulistabilität assoziiert ist. In FTD-assoziierten genetischen Tauopathien könnten TTLLs ursächlich für den TAU-basierten Verlust der Mikrotubulistabilität sein, und daher auch therapeutisches Ziel für genetische Tauopathien und assoziierten Demenzsyndromen sein. Hier werden wir die Verbindung zwischen TAU und den unterschiedlichen TTLLs, und deren Rolle beim Mikrotubuliverlust in FTD-Modellsystemen untersuchen. Wir werden das therapeutische Potential einer TTLL-Reduktion in Tauopathieparadigmen in-vitro (humane induzierte pluripotente Stammzell(iPSC)-basierten Neuronen) und in-vivo (P301L-TAU-humanisierte Mäuse) testen. Wir fokussieren uns auf iPSC-basierte humane Neurone (etabliert, inkl. MAPT-KO) und werden unsere etablierten (u.a. induzierbaren) Lentiviren nutzen um Krankheits-assoziiertes TAU (insb. die häufige P301L Mutation) zu exprimieren, mit dem Ziel die Aktivitäten von TAU; SPASTIN und TTLLs, sowie den Effekt einer TTLL-Reduktion, in Krankheitsparadigmen zu untersuchen. Wir etablieren humane/humanisierte neuronale Modellsysteme der TAU Fehlverteilung und anschließendem Mikrotubuliverlust, und identifizieren die für den Mikrotubuliverlust und die neuronale Dysfunktion verantwortliche(n) TTLL(s). Wir nutzen unsere modernen hoch-/superauflösenden (STED-basierte Mikrotubulistrukturen) und Lebend-Beobachtung (Calcium-imaging für neuronale Funktion, EB3-imaging für Mikrotubuli-Dynamik) Mikroskopieexpertise, aber auch Standard Immunofluoreszenzmikroskopie (Synapsenstudien) und Biochemie/Molekularbiologie Methodiken (bspw. für Interaktionen und Expressionsstudien. Mittels LV/AAV-basiertem genetischem Knockdown werden wir den therapeutischen Nutzen einer TTLL-Aktivitätsreduktion in-vitro und in-vivo (in humanen Neuronen, sowie in humanisierten P301L-TAU transgenen Mäusen) evaluieren. Wir untersuchen hier zum ersten Mal die Krankheitsrelevanz der TAU/TTLL/SPASTIN-Achse in genetischen Tauopathie-Formen, und könnten so neue Therapieansätze auch für verwandte Krankheiten eröffnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen