Molekulare und zelluläre Grundlagen des Lessel-Kreienkamp Syndroms, verursacht durch pathogene Varianten in AGO2

• Antragsteller: Professor Dr. Hans-Jürgen Kreienkamp; Professor Dr. Davor Lessel
• Fachliche Zuordnung: Humangenetik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 514647696

RNA-Interferenz ist der wichtigste Mechanismus der post-transkriptionellen Genregulation in eukaryotischen Zellen. Vorläufer von microRNAs (miRNAs) werden transkribiert und prozessiert, um gemeinsam mit Argonaute-Proteinen (AGO1-4) den RNA-induced silencing complex RISC zu bilden. Jede miRNA erkennt über Basenpaarung eine Reihe von Ziel-mRNAs. Dies führt zur Hemmung der Translation und zum Abbau in zytoplasmatischen processing (P-) bodies.Wir haben kürzlich Varianten in AGO2 in Verbindung mit einer neurologischen Entwicklungsstörung beschrieben, die mit Intelligenzminderung, verzögerter motorischer Entwicklung und verzögerter Sprachentwicklung einhergeht. Diese Erkrankung wurde nun als Lessel-Kreienkamp-Syndrom (LESKRES) benannt. Missense-Varianten in AGO2 vermindern die Aktivität des Proteins in shRNA-basierenden Tests in vitro. Vergleichbare Varianten in AGO1 wurden später bei Individuen mit einer ähnlichen Erkrankung gefunden. Die Bedeutung der Varianten auf molekularer, zellulärer und klinischer Ebene ist unklar. Es gibt kein zelluläres oder Tiermodell für diese Erkrankung. Daher ist unbekannt, (1) wie der Genotyp mit dem Phänotyp korreliert; (2) welche Funktionen von AGO2 betroffen sind; (3) ob die Gesamtheit der neuronalen miRNAs verändert ist; und (4) welche Ziel-mRNAs des AGO2/miRNA-Komplexes im Gehirn in vivo fehlreguliert sind. Hier werden wir diese Fragen durch mehrere, komplementäre Ansätze bearbeiten. Durch einen Abgleich klinischer Daten mit in vitro-Tests werden wir versuchen, Genotyp mit Phänotyp zu korrelieren. Wir werden den Einfluss der missense-Varianten auf nicht-kanonische Funktionen von AGO2 beim alternativen Spleißen und der DNA damage response untersuchen. Wir werden feststellen, wie pathogene Varianten in AGO2 und AGO1 das Komplement RISC-assoziierter miRNAs in Neuronen der Maus, und in iNeurons (aus iPS-Zellen von Individuen mit Varianten in AGO2), verändern. Neben der detaillierten Analyse der Effekte auf die Genexpression werden wir die kultivierten Neuronen mit Hinblick auf Veränderungen in Morphologie, Synapsenbildung und Aktivität von Signalwegen evaluieren. In einem weiteren Ansatz haben wir zwei der bei Patienten gefundenen missense-Varianten, sowie eine loss-of-function-Variante in das Mausgenom eingefügt. Im Gehirn dieser Tiere werden wir den Effekt der Ago2-Varianten auf die Gesamtheit der miRNAs sowie ihrer Ziel-mRNAs untersuchen. Wir werden Veränderungen im zellulären und synaptischen Proteom der Tiere, sowie den Einfluss der Ago2-Varianten auf Funktion und Plastizität von Synapsen analysieren. Letztlich werden wir Verhaltenstests an diesen Tieren durchführen, um Veränderungen in Lern- und Gedächtnisvorgängen zu erkennen. Wir erwarten, eine klare Vorstellung von den Veränderungen in der Genexpression zu erhalten, die auf Grund der missense Varianten in AGO2 auftreten. Weiterhin erwarten wir die Erzeugung von Modellen für die menschliche Erkrankung, die mögliche therapeutische Ansätze aufzeigen können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen