Untersuchung des Energiemetabolismus humaner Basalganglien-Neurone von Patienten mit Leigh Syndrom mittels iPS-Zell Technologie

• Antragsteller: Professor Dr. Alessandro Prigione, Ph.D.; Professor Dr. Markus Schülke-Gerstenfeld
• Fachliche Zuordnung: Molekulare und zelluläre Neurologie und Neuropathologie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 252129655

Das Leigh-Syndrom (LS) ist eine schwere neurologische Erbkrankheit, die sich in der Regel bereits im frühen Kindesalter manifestiert und durch den fortschreitenden Verlust motorischer Fähigkeiten charakterisiert ist. Ein typisches Krankheitsmerkmal ist die Degeneration neuronaler Zellen der Basalganglien, insbesondere der striatalen GABAergen Neurone. Die genetischen Ursachen variieren, wobei sowohl nukleäre Gene betroffen sein können als auch solche, die auf der mitochondrialen DNA (mtDNA) kodiert sind. Man vermutet, dass all diesen Mutationen gemein ist, Störungen der mitochondrialen Funktion, sowie des bioenergetischen Metabolismus zu verursachen. Da geeignete Krankheitsmodelle fehlen, ist der genaue Mechanismus, der dem spezifischen neuronalen Untergang zugrunde liegt, bisher ungeklärt. Desweiteren existieren derzeit keine Pathogenese-basierten Behandlungsansätze, die in der Lage sind, die Symptomatik der Patienten zu verbessern. Ziel dieses Projekts ist es, mittels Reprogrammierungs-Technologien neuartige Modelle zur Erforschung des Leigh Syndroms zu entwickeln. Zu diesem Zweck werden wir nicht-integrativ induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen) aus Fibroblasten verschiedener LS-Patienten generieren, die sowohl nukleäre Mutationen (in den Genen PDSS2 und SURF1) als auch mtDNA-Mutationen (m.9185T>C und m.8993T>G im MT-ATP6 Gen) aufweisen. Durch die Anwendung eines auf neuralen Vorläuferzellen (NPCs: neural precursor cells) basierenden Protokolls werden wir diese iPS-Zellen in zwei neuronale Zellpopulationen der Basalganglien differenzieren - GABAerge und dopaminerge Neurone. Anschließend werden wir die erzeugten Neurone detailliert auf mitochondriale und metabolische Parameter untersuchen, um krankheits-assoziierte neuronale Veränderungen aufzudecken. Schließlich sollen, basierend auf den identifizierten Funktionsstörungen, bildgebende Testverfahren entwickelt werden, die auf einen hohen Probendurchsatz ausgelegt sind. Dies soll ein Hochdurchsatz-Screening von Molekülbibliotheken an patientenspezifischen iPS-Zell-basierten neuronalen Zellen ermöglichen. Bei erfolgreicher Umsetzung könnte diese iPS-Zell-basierte Technologie die Mechanismen, die den Basalganglienuntergängen beim LS zugrunde liegen, näher beleuchten und so den Weg zur Entdeckung neuer Behandlungsstrategien ebnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen