Die Rolle der extrazellulären Umgebung und ihrer Wechselwirkung mit der epigenetischen Regulierung in der menschlichen Gehirnentwicklung

• Antragstellerin: Professorin Dr. Mareike Albert
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 567028671

Das menschliche Gehirn, insbesondere die Großhirnrinde, ist wesentlich komplexer als bei anderen Säugetieren und spielt eine wesentliche Rolle bei höherdimensionalen Funktionen. Dennoch ist unser Wissen über die Mechanismen, die zur Bildung dieser Struktur beitragen, begrenzt. Die Neurogenese und die Entwicklung des Gehirns von Säugetieren wurden anhand von Mausmodellen untersucht. In jüngster Zeit wurde jedoch deutlich, dass es viele Unterschiede im Prozess der Gehirnbildung zwischen Mensch und Maus gibt. Insbesondere sind basale Vorläuferzellen mit einer Vielzahl an Morphologien und eine längere Dauer der Neuronenproduktion charakteristisch für die menschliche kortikale Entwicklung. Dieser gemeinsame koreanisch-deutsche Antrag zielt darauf ab, die Rolle der extrazellulären Umgebung und deren Zusammenspiel mit der epigenetischen Regulierung in der menschlichen Gehirnentwicklung zu untersuchen. Aufbauend auf den komplementären Fachkenntnissen der Partnergruppen auf dem Gebiet der extrazellulären Matrixorganisation (koreanischer Partner) und der epigenetischen Regulation (deutscher Partner) soll in diesem Projekt die neuartige Hypothese eines Feedback-Mechanismus zwischen beiden Prozessen mit Hilfe menschlicher 3D-Gehirn-Organoide untersucht werden. Mechanotransduktion hat sich als ein Mechanismus zur Regulation der Stammzelldifferenzierung herauskristallisiert, jedoch ist wenig über die Bedeutung der Mechanotransduktion für die Gehirnentwicklung und die neurale Differenzierung bekannt. In dieser Studie werden wir uns auf die Verbindung zwischen der extrazellulären Umgebung, insbesondere der Zusammensetzung der extrazellulären Matrix (ECM), und epigenetischen Mechanismen im sich entwickelnden menschlichen Neokortex konzentrieren. Wir werden die Expression der ECM und die epigenetische Regulierung mit Hilfe von integrierten Multi-omics-Daten untersuchen, indem wir die Datensätze der deutschen und koreanischen Partner kombinieren, gefolgt von einer molekularen Funktionsanalyse. Darüber hinaus werden wir mit Hilfe von Gehirn-Organoiden und Rasterkraftmikroskopie (AFM) die Veränderungen der Gewebefestigkeit analysieren, die durch die Manipulation der ECM und des Epigenoms verursacht werden. Des Weiteren werden wir Veränderungen in der ECM-Zusammensetzung und der Gewebefestigkeit in menschlichen Organoidmodellen für neurologische Entwicklungsstörungen analysieren, die durch Mutationen in epigenetischen Faktoren verursacht werden. Als neue Hypothese werden wir Feedback-Mechanismus zwischen ECM-Expression und epigenetischer Regulation untersuchen. Unter Nutzung der einzigartigen Expertisen beider Partner werden wir verschiedene Aspekte der Regulierung der menschlichen neuralen Differenzierung durch die extrazelluläre Umgebung in menschlichen Gehirn-Organoidmodellen aufklären.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Südkorea
• Partnerorganisation: National Research Foundation of Korea, NRF
• Kooperationspartner: Professor Dr. Yoichi Kosodo