eyeSC - Das retinale Determinationsnetzwerk steuert die schrittweise Differenzierung intestinaler Stamm- und Vorläuferzellen im adulten Drosophila Mitteldarm.

• Antragsteller: Dr. Tobias Reiff
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsbiologie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449083265

Die Homöostase adulter Gewebe und Organe in Größe und Form wird von adulten Stammzellen (SZ, SC engl.) gewährleistet. Im Mitteldarm der Fruchtfliege Drosophila melanogaster führt die Teilung intestinaler Stammzellen (ISC) zumeist zur Bildung von Enteroblasten (EB), welche zu epithelialen Enterozyten (EC) differenzieren. Reifende EB weisen einen gewissen Grad an Plastizität und Mobilität auf und ihr Überleben wird bedarfsabhängig reguliert. Wie jedoch die Aktivierung dieser neuen Eigenschaften nach initialer Spezifizierung erfolgt, ist weitestgehend unbekannt. In Pilotexperimenten konnten wir Expression des Pax6-Homologs eyeless in ISC und EB nachweisen. Eine in silico Analyse ergab Expression einer Vielzahl von Genen des sogenannten retinalen Determinationsnetzwerks (RDN) in Darmvorläufern. RDN Gene sind phylogenetisch hochkonserviert und bekannt aus der Musterbildung der Augenimaginalscheibe. Spezifisch manipuliert mit unserer Tracingmethode ReDDM, resultiert RDN Genfunktionsverlust zu Arrest der Vorläuferzellreifung zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Unsere Arbeitshypothese ist daher, dass RDN Gene in Darmvorläuferzellen ebenfalls an der Musterbildung beteiligt sind. Im Rahmen dieses Projekts werden wir Expression und Funktion von RDN Genen im adulten Drosophila Mitteldarm untersuchen. Hierzu werden wir transkriptionelle fluoreszenzmarkierte Reporterfliegen für RDN Gene entwickeln und diese morphologisch identifizierbaren Vorläuferzellstadien zuordnen. Stadienspezifische Vorläufer werden anschließend FACS sortiert und das Transkriptom mit RNAseq untersucht. In der darauffolgenden Datenanalyse sollen, u.a. mit GSEA und KEGG Analyse, Signalwege und intrazelluläre genetische Netzwerke einzelnen RDN Genen/Vorläuferstadien zugeordnet werden.Im zweiten Teil des Projektes wird eine detaillierte Analyse der Funktion der RDN Gene in Physiologie und Pathologie des Mitteldarms durchgeführt werden. Mit etablierten zelltypspezifischen ReDDM Tracingvarianten, genetischen Markern und Reportern, werden wir die Funktion der RDN Gene eingrenzend beschreiben und fließend neue Ergebnisse aus dem ersten Projektteil mit einbeziehen. Aufgrund unserer bisherigen Daten erwarten wir Effekte auf Differenzierung, Überleben, Mobilität und Proliferation der Vorläuferzellen, zelluläre Prozesse welche im Kolorektalkarzinom (CRC) dereguliert sind. Unsere in silico Analyse bestehender Patientendaten ergab uniforme Hochregulation aller RDN Gene in Adenokarzinomen und Effekte auf die Überlebensrate. Mit zwei im Labor etablierten CRC Modellen werden wir daher auch eine Rolle der RDN Gene in frühen Stadien des CRC untersuchen. Zusammengefasst werden wir RDN Genexpression und -funktion während der Reifungsprozesse von Stamm- zu terminal differenzierenden Vorläuferzellen untersuchen. Der hohe Konservierungsgrad der RDN Gene legt nahe, dass unsere Beobachtungen in Drosophila auch relevant für das Verständnis physiologischer und pathologischer Prozesse im Säugerdarm sein könnten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen