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BAYERISCHER FORSCHUNGSVERBUND INTERAKTION HUMANER GEHIRNZELLEN

Rekonstruktion der Interaktionen von Mikroglia in zerebralen Organoiden mit Hilfe von Einzelzell-Genomik

Arbeitsfeld:

Mikroglia sind an der Regulation diverser Prozesse beteiligt, welche für die Homöostase des sich entwickelnden menschlichen Gehirns unabdingbar sind. Es ist jedoch unklar, wie diese Prozesse reguliert sind und welchen Einfluss Mutationen in von Mikroglia exprimierten Genen auf die frühe Gehirnentwicklung haben. In den letzten Jahren wurden Protokolle entwickelt, welche die Differenzierung von humanen iPSZ in Mikroglia ermöglichen. Darüber hinaus können ausgehend von iPSZ komplexe dreidimensionale Gehirngewebe (“zerebrale Organoide”) hergestellt werden, welche die Entwicklung des menschlichen Gehirns widerspiegeln, jedoch bislang keine Mikroglia enthalten. Durch die Kombination humaner Mikroglia und zerebraler Organoide ist es nun erstmals möglich, die Interaktion und Kommunikation zwischen Mikroglia und neuralen Zelltypen während der menschlichen Gehirnentwicklung zu untersuchen. Methoden der Einzelzell-Genomik ermöglichen es, im Hochdurchsatz Entwicklungsprozesse in komplexen Geweben zu beleuchten.
Unsere Hypothese in diesem Projekt ist, dass die Interaktion von Mikroglia mit ihrer Umgebung im sich entwickelnden menschlichen Gehirn die Genexpression in Mikroglia beeinflusst und auf diese Weise die Funktion dieser Zellen reguliert.
Wir werden diese Hypothese mit Hilfe von Hochdurchsatz-Einzelzellgenomik testen. Zunächst werden wir die Differenzierung von iPSZ in Mikroglia mit Hilfe von Einzelzelltranskriptomik analysieren und die genetischen Programme identifizieren, welche diese Entwicklung regulieren.
Im zweiten Schritt werden wir Mikroglia in 3D zerebrale Organoide einführen und mit Hilfe von Einzelzelltranskriptomik den Effekt der Umgebung auf die Genexpression in Mikroglia bestimmen, um die Interaktionen mit anderen Zelltypen zu beleuchten. Letztlich werden wir einen auf CRISPR/Cas9 Genomeditierung- basierenden Einzelzell-Genomik Screen durchführen, in dem wir die Interaktion zwischen Mikroglia und Neuronen durch das Knock-out bestimmter Rezeptoren stören und den Effekt auf die Genexpression in den beteiligten Zellen analysieren.
Unser Teilprojekt stellt einen neuartigen, quantitativen Ansatz dar, um die genetischen Programme zu entschlüsseln, welche die Interaktionen von Mikroglia mit anderen Zelltypen im sich entwickelnden menschlichen Gehirn regulieren.

Dieses Projekt wird als Kooperationsprojekt mit der ETH Zürich am Department of Biosystems Science and Engineering in Basel durchgeführt.

Projektleitung

Prof. Dr. Barbara Treutlein

Mitarbeiterin

Marina Nikolova

Projektpartner: