Konsequenzen der Misregulation in der PP2A/mTOR Signalkaskade und der lokalen Proteinsynthese auf Funktionalität und Konnektivität der Neuronen bei Patienten mit Opitz BBB/G Syndrom

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Benedikt Berninger; Professorin Dr. Susann Schweiger
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 279648055

Opitz BBB/G Syndrom (OS) ist eine monogene Erbkrankheit, die durch Defekte in der Entstehung der vorderen Mittellinie charakterisiert ist. Auch geistige Behinderung und geistige Entwicklungsverzögerung sind beschrieben. OS wird durch Mutationen im MID1 Protein verursacht. MID1 reguliert die Ubiquitin spezifische Modifikation und den Abbau der Mikrotubulus-assoziierten katalytischen Untereinheit der Proteinphosphatase 2A (PP2Ac). Als Gegenspieler der mTOR Kinase ist PP2A ein wichtiger Regulator lokaler Proteinsynthese an den Synapsen und damit die Grundlage für LTP (long term potentiation) und Lernen und Gedächtnis. Eine Fehlfunktion der mTOR/PP2A Achse ist die molekulare Grundlage vieler Formen der geistigen Behinderung einschließlich Down-, fragiles X- und RETT-Syndrom. OS, das MID1 Protein sowie seine Verbindungen zu mTOR und PP2A können uns viel lehren über die mTOR/PP2A Balance in Neuronen und deren Einfluss auf wichtige Hirnfunktionen.In Mäusen, bei denen das für die Erkrankung verantwortliche Gen deletiert wurde, wurde ein übermäßiges Wachstum der Axone beschrieben. Fehler im Axonwachstum können zwar ein Grund für geistige Behinderung sein, in den MID1 knock-out Mäusen sind aber etliche auch neuronale Charakteristika von Patienten mit OS nicht oder nur sehr gering ausgeprägt. Außerdem führt eine Überexpression von MID1 Protein, das eine OS typische Mutation trägt, in MID1 knock-out Mäusen nicht zur funktionellen Restoration, sondern zur Entstehung von neuen Auffälligkeiten. Dies macht eine Untersuchung der pathophysiologischen Rolle von MID1/mTOR/PP2A im humanen System notwendig.Wir haben induzierte pluripotente Stammzellen (iPSC) von 5 OS Patienten generiert. In diesem Projekt werden wir die Erfahrungen der Gruppe von Frau Prof. Dr. Schweiger, die eine der führenden Gruppen bei der Erforschung der Pathogenes von OS ist mit den Erfahrungen der Gruppe von Prof. Dr. Berninger, die auf Stammzellbiologie, Neurogenese und neuronaler Konnektivität besonders ausgewiesen ist, bündeln. Dies ermöglicht es uns mit einem breiten methodischen Spektrum fundamentale Fragen der Entstehung von OS und anderer Syndrome mit geistiger Behinderung und mTOR Fehlfunktion zu bearbeiten. Wir werden die OS iPS Zellen zusammen mit isogenen Kontrollen in Neuronenkulturen und zerebrale Organoide differenzieren. Diese werden wir dann biochemisch und morphologisch charakterisieren und so einen Link zwischen mTOR Defizienz und Neuronenmorphologie herstellen. Wir werden dann die Tollwutvirus basierte Kartierungsmethode neuronaler Konnektivität sowohl in Neuronenkulturen und zerebralen Organoiden als auch nach Transplantation von Patienten-abgeleiteten Neuronen in Maus Kortizes benutzen, um die Funktionalität und die Vernetzung dieser OS Neuronen zu untersuchen. Unsere Ergebnisse werden uns helfen zu verstehen, wie die mTOR / PP2A Achse die Morphologie, die Funktion und die Vernetzung von Neuronen beeinflusst und damit geistige Behinderung verursacht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professorin Dr. Marisa Karow; Dr. Sophie Péron; Dr. Eva Weis; Privatdozentin Dr. Jennifer Winter, Ph.D.