Hypoxia and Sirtuin 1, two factors linking DNA damage and differentiation in neural stem/ progenitor cells

Zusammenfassung

Hintergrund: Der Redoxzustand der Zellen bestimmt in vielerlei Hinsicht das Zellschicksal, unter anderem die Entscheidung zwischen Selbsterneuerung und Differenzierung. Neurale Stamm-/Vorläuferzellen (NSPCs) befinden sich typischerweise in hypoxischen Nischen. Vor bzw. während der Differenzierung wandern NSPCs aus diesen Nischen heraus, was darauf hindeutet, dass die Differenzierung unter oxidativeren Bedingungen eingeleitet wird. Unsere eigenen Daten zeigen eine redoxabhängige Rolle von Sirtuin 1 (Sirt1), einer Protein-Desacetylase, bei der Differenzierung von NSPCs und eine redoxabhängige Aktivität von Sirt1.

Ziel: Das Projekt zielt auf die Charakterisierung der molekularen Wege ab, die das feine Gleichgewicht der oxidierenden Bedingungen gewährleisten, die die Differenzierung ermöglichen, aber DNA-Schäden verhindern. Wir sind an der Identifizierung von molekularen Schaltern interessiert, die die neurale Differenzierung kontrollieren. Dies ist von großer Bedeutung für die translationale Forschung, die die Verbesserung der adulten Regeneration nach primärer oder sekundärer (z.B. entzündlicher) Neurodegeneration untersucht.

Experimenteller Ablauf / Arbeitsprogramm: Unser experimentelles Programm folgt den allgemeinen Zielen dieses Projekts. 1) Genotoxische Substanzen werden auf ruhende oder aktive NSPCs angewendet, die aus Wildtyp- und Sirt1-defizienten Mäusen isoliert wurden, um ihre Fähigkeiten zur Selbsterneuerung, Differenzierung, Proliferation und zum DNA-Schutz zu vergleichen. 2) Mit Hilfe von organotypischen Schnittkulturen und der Mikroskopie erwachsener Gehirne dieser beiden Mauslinien werden wir die Rolle von Sirt1 bei der Generierung/Schutz/Differenzierung von NSPCs in erwachsenen Mäusen untersuchen, was einen wichtigen Einfluss auf die Regeneration von neurologischen Erkrankungen hat. 3) Wir werden den Redox-Zustand von Sirt1 in selbsterneuernden und differenzierenden NSPCs mit und ohne Anwendung von Hypoxie oder anderen Genotoxinen identifizieren und vergleichen, z.B. mittels Massenspektroskopie. Darüber hinaus wird die Redox-Regulierung von Sirt1-Interaktionspartnern und Sirt1-abhängigen Signalwegen sowie deren Beitrag zur Reparatur oder zum Schutz vor DNA-Schäden untersucht. In enger Zusammenarbeit mit anderen Mitgliedern des GRK 2578 werden wir unsere Daten auf das menschliche System übertragen und weitere Sirt1-abhängige Signalwege wie z.B. die Autophagie einbeziehen.

Aktuelle Veröffentlichungen:

1. Prozorovski T, Schulze-Topphoff U, Glumm R, Baumgart J, Schröter F, Ninnemann O, Siegert E, Bendix I, Brüstle O, Nitsch R, Zipp F, Aktas O (2008). Sirt1 contributes critically to the redox-dependent fate of neural progenitors. Nat Cell Biol 10, 385-394
2. Bräutigam L, Jensen LD, Poschmann G, Nyström S, Bannenberg S, Dreij K, Lepka K, Prozorovski T, Montano SJ, Aktas O, Uhlén P, Stühler K, Cao Y, Holmgren A, Berndt C (2013). Glutaredoxin regulates vascular development by reversible glutathionylation of sirtuin 1. Proc Natl Acad USA 110, 20057-20062
3. Prozorovski T, Schneider R, Berndt C, Hartung HP, Aktas O (2015). Redox-regulated fate of neural stem progenitor cells. Biochim Biophys Acta - Gen Subjects 1850,1543-1554
4. Sies, H., Berndt, C., and Jones D.P (2017). Oxidative Stress. Annu. Rev. Biochem. 86: 715-7484.
5. Prozorovski T, Ingwersen J, Lukas D, Göttle P, Graf J, Schneider R, Franke K, Schumacher S, Britsch S, Hartung H-P, Küry P, Berndt C, Aktas O (2019). Regulation of sirtuin expression in autoimmune neuroinflammation: Induction of SIRT1 in oligodendrocyte progenitor cells. Neurosci Lett 704 116-125