Mikrozephalie: Wie verursachen selektive Transportdefizite Defekte in der Neuronalentwicklung?

• Antragsteller: Dr. Christoph Kaether
• Fachliche Zuordnung: Molekulare und zelluläre Neurologie und Neuropathologie ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 566800237

Mutationen in YIPF5 and IER3IP1 führen zu MEDS (Mikrozephalie, Epilepsie und juveniles Diabetes Syndrom), eine schwere Krankheit mit frühem Tod in der Kindheit. Wir zeigten, dass knock-out (ko) oder Mutation der ER-ständigen Membranproteine IER3IP1 und YIPF5 zu Veränderungen des surfaceomes und des secretomes führen, hauptsächlich bei Proteinen, die an neuronaler Entwicklung beteiligt sind. Überraschenderweise wurden ER-ständige Chaperone verstärkt sezerniert. IER3IP1 und YIPF5 kontrollieren den Transport der ER-Golgi Transportrezeptoren ERGIC53, SURF4 und KDELR2, was die proteostatischen Veränderungen im surfaceome/secretome erklärt. Knock-down von Ier3ip1 und Yipf5 mittels in-utero Elektroporation in Mausembryonen führte zu Veränderungen in der Morphologie neugeborener Neuronen und einer schnelleren Migration. In diesem Antrag wollen wir die Hypothese testen, dass proteostatische Veränderungen im surfaceome/secretome von Neuronen zur Delaminierung/Dedifferenzierung neuronaler Vorläuferzellen oder zur Über-Migration neugeborener Neurone im sich entwickelnden Kortex führen. Letzteres stellt eine neue Ursache für Mikrozephalie dar. Mikrozephalische Gehirne von Ier3ip1 ko oder pathogenen ki Mäusen werden auf kortikale Entwicklung, Migration von Neuronen, Phänotypen anderer Zellen (Glia) untersucht werden. Gehirne werden für Transkriptom- und Proteomanalysen verwendet. Die Experimente werden neue Erkenntnisse über die von Ier3ip1-Mutationen verursachte Mikrozephalie liefern. Im zweiten Teil werden wir die molekulare Funktion von IER3Ip1 und YIPF5 aufklären und dazu deren Interaktom mit Hilfe von BioID/Massenspektroskopie bestimmen. Aufgrund von Strukturvorhersagen werden wir die Transmembrandomänen 4/2 von YIPF5/SURF4 mittels Mutagenese und Ko-Immunpräzipitationen untersuchen. Besonderes Interesse gilt der erhöhten Sekretion von KDEL-tragenden ER-ständigen Proteinen und von putativen SURF4-Frachtproteinen. Unsere vorläufigen Daten zeigen in Abwesenheit von YIPF5 eine verstärkte Bildung von SURF4-positiven, dünnen Tubuli an ER Exit Stellen, die auch positiv für ERGIC53 und Rab1 sind. Zusammen mit dem erhöhten Transport von SURF4 an die Oberfläche führt das zur Hypothese, das YIPF5 ein negativer Regulator des SURF4-Transportes ist. Mit Hilfe unserer Transportassays wollen wir den molekularen Mechanismus des YIPF5/SURF4-abhängigen ER Exportes aufklären. Schließlich nutzen wir humane iPSC-abgeleitete glutamaterge Neurone, um unsere Befunde in einem neuronalen Kontext zu validieren. Überleben, Neuritenwachstum und Synapsenformation in Kombination mit knock-down oder Überexpression von IER3IP1, YIPF5 und von uns gefundener, interagierender Proteine wird untersucht werden. Zusammengefasst wollen wir eine neuartige Form von Mikrozephalie besser verstehen und wir hoffen zu einem besseren Verständnis molekularer Mechanismen im frühen sekretorischen Weg beitragen zu können, mit Implikationen für eine Reihe von Krankheiten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen