Modifikatoren der Penetranz von Parkin- und PINK1-Mutationen bei der Parkinsonerkrankung: Endogene menschliche Modelle

• Antragsteller: Dr. Aleksandar Rakovic
• Fachliche Zuordnung: Molekulare und zelluläre Neurologie und Neuropathologie
• Förderung: Förderung seit 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 287074911

Mutationen in der PTEN-induzierten Kinase 1 (PINK1) und der E3-Ubiquitin-Ligase Parkin führen zu einer rezessiven Form der Parkinsonerkrankung (PD). Es hat sich gezeigt, dass PINK1 und Parkin in einem gemeinsamen molekularen Prozess zusammenarbeiten, der die mitochondriale Funktion aufrechterhält und den Abbau beschädigter Mitochondrien durch Mitophagie kontrolliert. Interessanterweise erhöhen heterozygote Mutationen in PINK1 und Parkin das Risiko, PD zu entwickeln und können sogar als dominant mit stark reduzierter Penetranz angesehen werden. Dies deutet auf die Existenz von unterschiedlich exprimierten protektiven Genen oder molekularen Prozessen zwischen betroffenen und nicht betroffenen Mutationsträgern hin. Da PD durch den Verlust von dopaminergen Neuronen in der Substantia nigra pars compacta gekennzeichnet ist, ist es sinnvoll, potenzielle genetische Modifikatoren in zelltypspezifisch Neuronen zu untersuchen. Die induzierte pluripotente Stammzelltechnologie (iPSC) ermöglicht einen Weg, um dopaminerge, neuronale Kulturen von PD-Patienten sowie gesunden Kontrollindividuen zu erzeugen. Es wurden mehrere Protokolle entwickelt, um iPSC-basierte Tyrosinhydroxylase (TH)-positive (dopaminerge), neuronale Kulturen herzustellen, die jedoch alle nur einen geringen Anteil an TH-positiven Neuronen enthalten. Darüber hinaus gibt es erhebliche Unterschiede im Prozentsatz der TH-positiven Neuronen zwischen Differenzierungen und sogar zwischen Proben innerhalb derselben Differenzierung. Diese Unterschiede treten unabhängig vom Mutationsstatus auf. Um diese Einschränkung zu überwinden, haben wir eine effiziente Methode entwickelt, um menschliche iPSC TH-mCherry-Reporterlinien mit CRISPR/Cas9-basierter Genombearbeitung zu generieren. Bei der Differenzierung in heterogene dopaminerge neuronale Kulturen werden nur die mCherry-positive (TH-positive) Zellen aus dem Rest der Kultur durch fluoreszenzaktivierte Zellsortierung isoliert, um eine homogene, TH-positive Population von Neuronen zu erhalten (Ziel 1). Als nächstes wollen wir genetische Modifikatoren identifizieren, die die Penetranz heterozygoter Parkin- und PINK1- Mutationen beeinflussen, indem wir eine Transkriptom- und Proteomanalyse an reinen dopaminergen Kulturen durchführen, die von betroffenen und nicht betroffenen heterozygoten Mutationsträgern gewonnen wurden, gefolgt von einer integrierten Netzwerk-Analyse (Ziel 2). Schließlich wollen wir Modifikatoren, die in Ziel 2 identifiziert wurden, validieren und ihre mechanistische Rolle anhand etablierter zellulärer PD-Phänotypen wie mitochondriale Dysfunktion, oxidativer Stress und Dopaminstoffwechsel als Messwerte erklären (Ziel 3). Wir werden CRISPR/Cas9-basierte Genombearbeitung (Ziel 4) für mehrere andere Projekte der Forschungseinheit bereitstellen. Die in diesem Projekt generierten Daten werden im ProtectMove- Konsortium mit anderen Projekten, die sich auf PINK1- und Parkin-assoziierte PD konzentrieren, intensiv ausgetauscht.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2488: Reduzierte Penetranz bei erblichen Bewegungsstörungen: Aufklärung von Mechanismen endogener Krankheitsprotektion
• Internationaler Bezug: Luxemburg
• Partnerorganisation: Fonds National de la Recherche
• Kooperationspartner: Patrick May, Ph.D.