Gehirnregion-abhängige Epileptogenese in einem konditionalen Mausmodell

• Antragsteller: Professor Dr. Holger Lerche; Dr. Thomas Wuttke
• Fachliche Zuordnung: Molekulare und zelluläre Neurologie und Neuropathologie ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 377782854

Trotz der stetigen Zunahme der Anzahl von identifizierten Mutationen in Genen, die eine Epilepsie verursachen und dem besseren Verständnis der molekularen Vorgänge, die in heterologen Expressionssystemen untersucht werden konnten, bleiben die komplexen Abläufe, die zur Ausprägung der Erkrankung im Patienten führen, weiterhin nur unzureichend verstanden. Funktionelle Studien in Nervenzellen und in Tiermodellen bieten hierbei eine interessante Möglichkeit, um diese epileptogenen Prozesse besser zu verstehen und neue Behandlungsoptionen zu entdecken. Die übergreifende Hypothese dieses Antrags postuliert den Einfluss von drei wichtigen Prozessen auf die Ausprägung eines Phänotyps: Zunächst führt die Mutation zu Veränderungen der neurophysiologischen Eigenschaften der Zellen selbst. Dann beginnt ein epileptogener Prozess, ausgelöst durch die Veränderungen bedingt durch die Mutation, die dann im Zusammenspiel mit der fortschreitenden Hirnentwicklung zur endgültigen Ausprägung der Krankheit führen. Um diese Prozesse zu verstehen, planen wir die Kaskaden von Veränderungen genau zu untersuchen, die durch eine genetisch bedingte Dysfunktion der intrinsischen Eigenschaften der Zellen zum Fehlverhalten neuronaler Netzwerke führt und schließlich in einem Zustand mit epileptischen Anfällen endet. Wir werden dafür ein konditionales Mausmodell nutzen, in dem wir eine Mutation hirnregion- und zeitspezifisch aktivieren können, um die folgenden Fragen zu klären: (i) können relevante Regionen des Gehirns und Zeitpunkte der Expression einer Mutation identifiziert werden, die zu bestimmten Anfallstypen führen? Wir werden zunächst mit einem Mausmodell mit einer konditionalen Scn1a Mutation beginnen, die über lokale Injektionen eines Cre-Rekombinase exprimierenden adeno-assoziierten Virus (AAV) aktiviert wird; (ii) wie stellen sich die Aktivitätsmuster neuronaler Netzwerke in diesen Mäusen dar und welche Rolle spielen dabei die hemmenden und erregenden Nervenzellen? Dies soll in vitro und in vivo mit Zwei-Photonen Ca2+-Imaging untersucht werden; (iii) welche transkriptionellen Veränderungen treten während der Epileptogenese auf? Dazu soll eine zellspezifische RNA-seq Analyse vor und nach der Expression der Mutation durchgeführt werden. Zusätzlich werden wir (iv) die interessantesten neuen Mutationen, die in den Projekten P1-3 identifiziert werden konnten, in neurophysiologischen Patch-Clamp Untersuchungen und extrazellulären Ableitungen in transfizierten- oder transduzierten Nervenzellen oder in Hirnschnitten von KI Mausmodellen testen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2715: Epileptogenese von genetischen Epilepsien