CellREADR-vermittelte BDNF Überexpression in serotonergen Neuronen als therapeutischer Ansatz zur Erhöhung der Stressresilienz

• Antragstellerin: Privatdozentin Dr. Julia Leschik
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen ; Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie ; Molekulare und zelluläre Neurologie und Neuropathologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 549883853

Schwere Depressionen sind häufig eine Folge von chronischem Stress, der zu einer verminderten Expression des Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) und einer Dysregulation des serotonergen Systems führt. Wir konnten kürzlich zeigen, dass eine induzierbare Überexpression von BDNF spezifisch in serotonergen Neuronen des erwachsenen Mausgehirns vor den Verhaltensfolgen von chronischem Stress schützt. Die transgenen Mäuse waren stressresilienter und verhielten sich ähnlich wie nach einer Behandlung mit Antidepressiva. Daher könnte eine erhöhte BDNF Expression in serotonergen Neuronen ein denkbarer neuer Therapieansatz sein, um Stressresilienz zu erhöhen und stressbedingten Pathologien beim Menschen entgegenzuwirken. Gängige antidepressive Behandlungen, welche ohne Ausnahme die BDNF Expression steigern, haben den Nachteil, dass sie nicht auf spezifische neuronale Populationen abzielen, was als eine Ursache für therapieresistente Depression diskutiert wird. Um unsere Erkenntnisse für eine mögliche zukünftige Therapie beim Menschen nutzbar zu machen, wollen wir die neuartige Technik der sequenzgesteuerten Transkriptom-Editierung einsetzen. Der sogenannte CellREADR (Cell access through RNA sensing by endogenous ADAR) Ansatz nutzt die Expression einer endogenen zelltypspezifischen Marker-mRNA, um bestimmte Zellpopulationen selektiv zu manipulieren, z.B. durch die Expression eines Effektor-Proteins. Das Aufspüren der zelltypspezifischen mRNA erfolgt mit einer komplementären so genannten readrRNA. Die anschließende Doppelstrangbildung der RNA rekrutiert in der Folge ADARs (auf RNA wirkende Adenosin-Desaminasen), die eine A (Adenosin) zu (I) Inosin RNA-Editierung eines zuvor eingeführten Stoppcodons in der readrRNA katalysieren. Nach erfolgreicher Editierung und damit Auflösung des Stoppcodons wird die Translation einer nachgeschalteten Effektor-RNA induziert. Unser Ziel ist es, einen CellREADR zu entwickeln, der die mRNA von Tryptophanhydroxylase 2 (TPH2), einem Marker für serotonerge Neuronen in den Raphe-Kernen des Mittelhirns, erkennt und nach RNA Editierung nur hier spezifisch zur BDNF Expression führt. Die funktionelle Effizienz wird auf zellulärer Ebene sowie verhaltensbezogen in adulten Mäusen untersucht. Zunächst wird die Applikation von TPH2-CellREADRBDNF durch rekombinante adenoassoziierte virale Vektoren (AAV) erfolgen, die wir mit einem spezifischen Doxycyclin-induzierbaren System zur zeitlichen Kontrolle der BDNF-Expression kombinieren werden. Dies ermöglicht, das therapeutische Fenster der BDNF-Expression in zeitlicher Relation zu dem chronischen Stressparadigma anzupassen und zu analysieren. Die rekombinanten AAV werden entweder durch stereotaktische Injektion in das Mausgehirn oder nicht-invasiv durch intravenöse Injektion verabreicht. Zudem wollen wir die Möglichkeit testen, die readrRNA mit Hilfe von Lipid- und Polymer-basierten Nanopartikeln zu applizieren, was zukünftig neue Wege einer zelltypspezifischen Therapie eröffnen könnte.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen