Einzelzell-Transkriptomik zur Untersuchung mono-allelischer Expression als potenzieller Auslöser von Alzheimer

• Antragstellerin: Professorin Dr. Katja Nowick
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen ; Bioinformatik und Theoretische Biologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 422051330

Alzheimer ist eine der häufigsten Alterserkrankungen und betrifft derzeit 35 Millionen Menschen weltweit. Obwohl Alzheimer intensiv untersucht wird, sind die Mechanismen, die zum Ausbrechen der Krankheit führen, nicht vollständig verstanden. Einige Gehirnregionen, z.B. der Temporallappen, sind eher von der Krankheit betroffen als andere, was einen Unterschied in der Sensitivität bestimmter Neuronen für die Pathologie suggeriert. Diese Beobachtung könnte durch Genexpressionsunterschiede zwischen den Neuronen erklärt werden. Deshalb könnte eine Untersuchung auf Einzelzellebene den Auslöser für Alzheimer finden.Zufällige monoallelische Expression (ZME) ist ein Mechanismus, bei welchem nur ein Allel eines Genes exprimiert wird. Da dieses Allel zufällig gewählt wird, kann diese Form der Genexpression Variabilität zwischen Zellen des gleichen Typs erzeugen. Sie könnte also erklären, warum einige Neuronen sensitiver als andere für die Entwicklung der Pathologie sind.ZME wurde schon mit anderen kognitiven Erkrankungen, wie z.B. Schizophrenie und Autismus, in Verbindung gebracht. Alzheimer-assoziierte Gene sind signifikant in ZME-Genen angereichert, was auf einen Zusammenhang zwischen ZME und Alzheimer hindeutet. Ebenso ist das Alzheimer-charakteristische amyloid precursor protein (APP) Gen monoallelisch exprimiert. Jedoch sind das Ausmaß an ZME in humanen Neuronen, wie ZME reguliert wird und die Konsequenzen einer Deregulation von ZME bisher kaum untersucht worden.Um die Rolle von ZME in Alzheimer zu untersuchen, schlagen wir vor, erstmals die vollständigen Transkripte von etwa 2000 Einzel-Neuronen von fünf Individuen mit Alzheimer und fünf Individuen ohne Alzheimer zu sequenzieren. Durch zusätzliches Sequenzieren der Exome der gleichen Individuen werden wir heterozygote SNPs und ZME zu detektieren. Wir werden eine bioinformatische Pipeline für die Analyse von ZME bauen. Mithilfe der Transkriptomdaten der Neuronen werden wir die Expressionsvariabilität und das Ausmaß von ZME in diesen Zellen bestimmen. Wir werden die Hypothese, dass ZME-Muster in Neuronen von Individuen mit Alzheimer verändert sind, testen. Mittels modernster vergleichender Transkriptom- und Coexpressionsnetzwerk-Analysen wollen wir funktionelle Konsequenzen von Änderungen im ZME-Muster mit Bezug zu Alzheimer aufklären. Als Besonderheit werden wir außerdem Netzwerkunterschiede zwischen verschiedenen Neuronentypen untersuchen, um neuronen-typ-spezifische Alzheimer-assoziierte Änderungen zu identifizieren. Durch die Integration von Informationen zu Transkriptionsfaktoren und langen nicht-kodierenden RNAs, wollen wir weiterhin Einsichten in die Mechanismen, die zur Etablierung von ZME bzw. zu dessen Deregulation führen, gewinnen. Wir erwarten, dass wir durch die Auflösung auf Einzelzellebene neue Kandidatengene und regulatorische Mechanismen für Ausbruch und Progression von Alzheimer aufklären werden, welche bisher nicht durch das Sequenzieren von Gehirngewebe gefunden werden konnten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen