FOXG1 Mutationen verändern die 3D Chromatinstruktur im Kontext von Mikrozephalie und neuronaler Funktion

• Antragstellerin: Professorin Dr. Tanja Vogel
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 573347294

Entwicklungsprogramme orchestrieren die Spezifikation neuronaler Netzwerke und sind in dieser Funktion genetisch festgelegt. Störungen der streng regulierten Programme können die Grundlage kognitiver Erkrankungen sein, zu denen die Mikrozephalie zählt. Mikrozephalie ist per Definition mit einem kleineren Gehirn und kleinerem Kopfumfang assoziiert. Die primäre Mikrozephalie ist eine Neuroentwicklungsstörung (NES), der eine Dysbalance zwischen der Proliferation und Differenzierung neuraler Stammzellen (NSCs) des Kortex unterliegt. Mutation des Transkriptionsfaktors FOXG1 resultiert in einer schweren und seltenen NES, dem FOXG1-Syndrom (OMIM #613454). Unterschiedliche dominante Mutationen im humanen FOXG1 Gen führen zu Mikrozephalie als gemeinsame Manifestation neben weiteren variablen klinischen Bildern. FOXG1 ist ein essentieller Regulator der Vorderhirnentwicklung, der eine besondere Expressionsdynamik aufweist. In der Maus bewirkt hohe FOXG1 Expression die Aufrechterhaltung des NSC-Pools. Die transiente Verminderung von exprimiertem FOXG1 resultiert in die Neurogenese, wobei reifende Neurone FOXG1 reaktivieren, um Subtypen auszubilden, zu migrieren bzw. sich in funktionelle Netzwerke zu integrieren. Unsere Daten zeigen, dass diese Expressionsdynamik von FOXG1 in humanen Hirnorganoiden, die aus induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSCs) generiert werden, ebenfalls vorliegt. Im Gegensatz zu Hirnorganoiden von gesunden Spendern, führt FOXG1 Mutation zu einer veränderten Dynamik der FOXG1 Expression, die sich beim Vergleich unterschiedlicher Mutationen verändert darstellt. Weiterhin können wir funktionelle Synergie von FOXG1 und Proteinen zeigen, die die Chromatinarchitektur regulieren. Daher schlagen wir dieses Projekt mit dem Ziel vor, die sich darstellende topologische Komponente in der Regulation von und durch FOXG1 zu verstehen. Wir werden NSCs nutzen, die wir aus iPSCs generieren, um (i) genomische Veränderungen der Chromatinbindung von FOXG1 und interagierender Chromatinmodifizierer im Kontext der FOXG1 c.765G>A Mutation zu beleuchten, (ii) Bindungen von FOXG1 und Chromatinmodifizierern am FOXG1 Genlokus zu bestimmen und herauszufinden, ob diese Proteinkomplexe an der Regulation der FOXG1 Expression beteiligt sind, und (iii) die 3D Struktur des FOXG1 Genlokus durch die Charakterisierung hervorgesagter Chromatinloops in Abhängigkeit von FOXG1 Mutation zu untersuchen. Da die Proteinkomplexe von FOXG1 mit Chromatinmodifizierern zum Teil an die Präsenz von RNA gekoppelt sind, werden wir in dieser Studie die daran beteiligten RNAs identifizieren. Unsere Erkenntnisse aus NSCs wollen wir dann im humanen Hirnorganoid überprüfen. Dazu werden wir durch FACS spezifische Zellpopulationen anreichern und in diesen die Expressionsdynamik von FOXG1 feststellen. Darüber hinaus werden wir die regulatorischen Prozesse, die die FOXG1 Expression in NSCs durch angepasste Chromatinarchitektur kontrollieren, in Hirnorganoiden verifizieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen