Zum Inhalt springenZur Suche springen

Comparative analyses of DNA damage response pathways in hepatocytes and neurons differentiated from healthy and NBS-patient derived iPSCs

Zusammenfassung

Hintergrund: Das Nijmegen-Breakage-Syndrom (NBS) ist eine seltene autosomal-rezessive genetische Störung, die erstmals 1981 in Nijmegen (Niederlande) beschrieben wurde. NBS wird durch Mutationen in dem Gen verursacht, das für NIBRIN (NBN) kodiert, das an der Reparatur von DNA-Schäden beteiligt ist. Der Komplex MRE11-RAD50-NBN (MRN) bindet direkt an DNA-Doppelstrangbrüche (DSBs).

Zu den Merkmalen der NBS gehören genomische Instabilität, vorzeitige Alterung, Mikrozephalie, Immunschwäche, extreme Strahlenempfindlichkeit, erhöhte Krebsanfälligkeit und Insulinresistenz. Ein gemeinsamer Nenner dieser Zustände könnte chronischer oxidativer Stress sein, der durch eine endogene ROS-Überproduktion und eine Beeinträchtigung der mitochondrialen Homöostase verursacht wird. Vorläufige Experimente haben gezeigt, dass von Patienten stammende induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs) für die Modellierung der Krankheit und die Untersuchung von DNA-Schäden während 2D- und 3D-In-vitro-Differenzierungsprozessen geeignet sind.

Ziel: Jeder Zelltyp reagiert anders auf genotoxische Noxen. Daher wollen wir die DNA-Schadensreaktionswege in Hepatozyten und Neuronen vergleichend analysieren, die aus gesunden und von NBS-Patienten stammenden iPSCs differenziert wurden, nachdem sie genotoxischem Stress ausgesetzt wurden.

Experimentelles Vorgehen / Arbeitsprogramm: Wir werden den Einfluss von ionisierender Strahlung, Benzo(a)pyrendiolepoxid (BaP) und Aflatoxin B1 (AB1) auf die iPSCs während und nach der Differenzierung analysieren. Die Effizienz der DNA-Reparatur und die damit verbundene Stressreaktion werden zwischen Stamm-, Progenitor- und reifen Zellen von NBS-Patienten und gesunden Spendern verglichen. Wir werden analysieren, wie genotoxischer Stress den Prozess der Neurogenese und Hepatogenese sowie den Phase-I- und Phase-II-Stoffwechsel von Hepatozyten beeinflusst. Transkriptomanalysen werden zelltypspezifische Veränderungen in Signalwegen und Gene Ontologies aufzeigen. Schlüsselfaktoren der DNA-Schadensreparatur, Apoptose und Proliferation werden auf RNA- und Proteinebene sowie mit funktionellen Assays analysiert. Darüber hinaus werden wir uns auf die neuronale Migration, mitochondriale Schäden und die Hepatozytenfunktion (CYP450-Aktivität) konzentrieren. Das Projekt wird in enger Zusammenarbeit mit anderen Mitgliedern des GRK 2578 durchgeführt.

Recent publications:

  1. Mlody B et al. Nijmegen breakage syndrome fibroblasts and iPSCs: cellular models for uncovering disease-associated signalling pathways and establishing a screening platform for antioxidants. Sci Rep. 7(1):7516, doi: 10.1038/s41598-017-07905-2 (2017).
  2. Matz P et al. Footprint-free human fetal foreskin derived iPSCs: A tool for modelling hepatogenesis associated gene regulatory networks. Sci Rep. 7(1):6294, doi: 10.1038/s41598-017-06546-9 (2017).
  3. Lorenz C, et al. Human iPSC-derived neural progenitors are an effective drug discovery model for neurological mtDNA disorders. Cell Stem Cell 20(5):659-674.e9, doi: 10.1016/j.stem.2016.12.013 (2017).
  4. Halevy T, et al. Chromosomal instability and molecular defects in induced pluripotent stem cells from Nijmegen breakage syndrome patients. Cell Rep. 16(9):2499-511, doi: 10.1016/j.celrep.2016.07.071 (2016).
  5. Mlody B and Adjaye J Generation of iPSC lines from a Nijmegen Breakage Syndrome patient. Stem Cell Res.15(3):629-32, doi: 10.1016/j.scr.2015.10.013 (2015).
Verantwortlichkeit: