Untersuchung der Rolle von Synaptotagmin13 bei der Verwundbarkeit von Motoneuronen

• Antragsteller: Professor Dr. Alberto Catanese, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Modelle zum Verständnis von Erkrankungen des Nervensystems ; Molekulare und zelluläre Neurologie und Neuropathologie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 570151964

Spinale Motoneuronen (MNs) sind eine spezialisierte Neuron-population, die im ventralen Horn des Rückenmarks lokalisiert und für die Innervation und Kontraktion der Skelettmuskeln verantwortlich ist. Der Verlust von MNs ist der wichtigste pathologische Aspekt, der die amyotrophe Lateralsklerose (ALS), eine tödliche und genetisch heterogene neurodegenerative Krankheit, charakterisiert. Obwohl wir die komplexe genetische Komponente dieser Krankheit immer besser verstehen, ist immer noch nicht klar, woher die selektive Anfälligkeit der MNs stammt. Mehr als 30 Gene wurden tatsächlich mit der ALS in Verbindung gebracht, was ein zusätzliches Hindernis für die Ermittlung wirksamer therapeutischer Ziele darstellt. Vor kurzem haben wir einen konvergenten präsynaptischen Phänotyp identifiziert, der hiPSC-abgeleitete MNs mit Mutationen in den wichtigsten ALS- Genen charakterisiert. Unsere Analyse ergab, dass die biologische Maschinerie, die an der Freisetzung synaptischer Vesikel beteiligt ist und zu der auch die Synaptotagmine gehören, bei ALS nachteilig beeinträchtigt ist. Interessanterweise waren mutierte MNs auch durch einen Verlust von Phospho-Synaptotagmin13 (SYT13) gekennzeichnet. Da die Rolle von SYT13 in der (Patho)Physiologie von MNs noch unklar ist, wollten wir die biologische Funktion dieses unkonventionellen Synaptotagmins aufklären. Zu diesem Zweck erzeugten wir heterozygote SYT13 KO hiPSCs (SYT13+/-) und differenzierten sie in MNs. Wir beobachteten eine Korrelation zwischen dem Transkriptom von SYT13+/- MNs und ALS-Signatures, was darauf hindeutet, dass ein besseres Verständnis der Rolle von SYT13 bei der Bestimmung der Anfälligkeit von MNs zur Identifizierung neuer therapeutischer Strategien für die Behandlung dieser Krankheit beitragen könnte. In diesem Projekt werden wir unsere Erfahrung mit hiSPC-Modellen und Multi-omics-Ansätzen nutzen, um herauszufinden, wie reduzierte SYT13-Konzentrationen zur MN-Degeneration beitragen. Wir werden 2D-MN-Kulturen verwenden, um die Auswirkungen von SYT13-Mangel auf neuronalen Stress, Aggregatakkumulation, synaptische Dysfunktion und Apoptose zu untersuchen. Wir werden auch unsere vorläufigen RNAseq-Daten mit proteomischen und phospho-proteomischen Analysen kombinieren, um die pathobiologischen Kaskaden zu entschlüsseln, die in MNs ausgelöst werden, wenn die SYT13-Konzentration nachteilig reduziert ist. Schließlich werden wir Single-Nuclei RNA- und ATAC-seq aus SYT13+/- hiPSC spinalen Organoiden und postmortalen Rückenmarksproben von ALS-Patienten kombinieren, um a) die selektive Anfälligkeit von MNs für reduzierte SYT13-Spiegel zu klären und b) die durch SYT13-Mangel ausgelösten Veränderungen mit spezifischen pathologischen Merkmalen zu verbinden, die zur Neurodegeneration beitragen. Alles in allem sind wir überzeugt, dass unser Ansatz neue molekulare Aspekte der Anfälligkeit von MNs aufzeigen wird, die pharmakologisch angegangen werden könnten, um dem Fortschreiten der ALS entgegenzuwirken.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen