Ein Drosophila Modell zur neuronalen Funktion von MECP2

• Antragsteller: Professor Dr. Carsten Duch
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 261801157

Methyl-CpG binding protein (MECP2) ist ein multifunktionaler Regulator von Genexpression im ZNS. Bei Menschen verursachen sowohl loss-of-function Mutationen, als auch erhöhte Dosen von MECP2 mentale Retardierung und motorische Störungen, die entweder als Rett Syndrom (RTT, loss-of-function) oder als MECP2 Duplikations Syndrom (MDS, gain-of-function) klassifiziert werden. Es gibt zurzeit keine wirksamen Behandlungen für diese Konditionen. Obwohl das klassische Modell zur Funktion von Mecp2 davon ausgeht, dass Mecp2 methylierte DNA bindet und dann Transkription inhibiert sind mittlerweile viele zusätzliche genregulatorische Funktionen von Mecp2 identifiziert worden. Auf der zellulären Ebene verursacht die Fehlregulation von Mecp2 synaptische und dendritische Defekte. Die Funktion von Mecp2 wurde bislang meist an Maus Modellen erforscht, wo großangelegte Screens und in vivo Validierungen zeitaufwendig sind. Ziel des beantragten Projektes ist Drosophila melanogaster als genetisches Modellsystem zu nutzen, um spezifische zelluläre und molekulare Funktionen von Mecp2 gain-of-function zu studieren. Das Drosophila Genom ist geringfügig methyliert und bietet somit die Möglichkeit, Mecp2 Funktionen zu analysieren, die nicht an das Binden methylierter DNA gekoppelt sind. Unsere Arbeiten zeigen, dass die Expression von menschlichem MECP2 (hMECP2) in Drosophila Motorneuronen spezifische dendritische und motorische Defekte verursacht, wie bei Mecp2 gain-of function in Säugern. Diese Defekte hängen von spezifischen hMECP2 Proteindomänen ab und können durch genetische Interaktionsexperimente gerettet werden, werden also nicht durch unspezifische Toxizität, sondern durch MECP2 Signalfunktion vermittelt. Mit Hilfe von Deep RNA Sequencing haben wir 45 Gene und 120 Transkript Isoformen in Drosophila identifiziert, die von hMECP2 differentiell reguliert werden. Aus diesen 45 Genen haben wir kibra als top Kandidaten ausgewählt. Zum einen wird kibra bei Menschen mit Lernen und Gedächtnis assoziiert wird. Zum anderen aktiviert kibra die Hippo Kinase Kaskade (HKC), ein Signalweg der auch Dendritenwachstum reguliert. Erste Daten deuten darauf hin, dass Kibra Knock-Down durch hMECP2 verursachte dendritische Defekte rettet. Ziel 1 wird quantitativ die Hypothese testen, dass dendritische und motorische Defekte, die bei Überexpression von hMECP2 auftreten, durch Kibra vermittelt werden. Zusätzlich werden wir in primärer Neuronen Kultur aus Maus testen, ob dieser Mechanismus in Säugerneuronen konserviert ist. Ziel 2 wird die Hypothese testen, dass MECP2 induzierte dendritische und motorische Defekte durch Aktivierung der HKC downstream von Kibra vermittelt werden. Die Untersuchung dieser in Drosophila neu-identifizierten, zuvor unbekannten Zielgene von Mecp2 soll helfen, die zellulären und molekularen Grundlagen von Mecp2 vermittelter Pathophysiologie besser zu verstehen und zur Forschung an zukünftigen Behandlungsstrategien für RTT und MDS beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen