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Impact of genotoxins on autophagic processes during neuronal differentiation

Zusammenfassung

Hintergrund: Die Autophagie vermittelt das Recycling von langlebigen oder beschädigten Proteinen oder Organellen. Sie spielt insbesondere in Stammzellpopulationen eine wichtige Rolle, da diese Zellen auf eine intrazelluläre Qualitätskontrolle und die Aufrechterhaltung der zellulären Homöostase angewiesen sind. Autophagieprozesse wurden bei verschiedenen Stammzelltypen untersucht, darunter embryonale Stammzellen, Gewebestammzellen (z. B. hämatopoetische oder neurale Stamm-/Progenitorzellen (NSPCs)), Krebsstammzellen und induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs). Frühere Forschungen legen nahe, dass die Autophagie eine zentrale Rolle bei der Entscheidung zwischen Ruhe, Selbsterneuerung und Differenzierung spielt. Einerseits ist die zytoprotektive Autophagie sowohl an der Erhaltung als auch an der neuronalen Differenzierung von NSPCs beteiligt. Es wurde gezeigt, dass FIP200, eine Komponente des Autophagie-induzierenden ULK1-Kinase-Komplexes, für diese beiden Funktionen wesentlich ist. Andererseits wurde berichtet, dass die Hemmung der Autophagie den strahleninduzierten Verlust von NSPCs bei Mäusen verringert.

Ziel: Der Einfluss externer Stimuli auf autophagische Prozesse während der Neurogenese ist weitgehend unbekannt. Wir werden die Auswirkungen von Genotoxinen auf autophagische Prozesse und insbesondere auf die Funktion des ULK1-Komplexes während der neuronalen Differenzierung analysieren. Darüber hinaus werden wir untersuchen, ob die Modulation autophager Prozesse die Genotoxin-vermittelten Effekte auf die Neurogenese beeinflussen kann.

Experimentelles Vorgehen / Arbeitsprogramm: In diesem Projekt kombinieren wir unsere Expertise in der Autophagie-Signalgebung (Stork) und in der Erzeugung und Differenzierung von iPSCs (AG Adjaye). Im ersten Arbeitspaket werden wir untersuchen, ob die Behandlung mit Genotoxinen vor und/oder während der Differenzierung die autophagische Kapazität der Zellen beeinflusst. Dazu verwenden wir RT-qPCR, Immunoblotting und Immunfluoreszenz. Im zweiten Arbeitspaket werden wir analysieren, ob die spezifische Modulation der Autophagie (pharmakologische Hemmung oder Aktivierung des ULK1-Komplexes) die Auswirkungen der Genotoxine auf die zelluläre Lebensfähigkeit oder Differenzierung beeinflusst. Im dritten Arbeitspaket werden wir untersuchen, ob die eingesetzten Genotoxine nicht-autophagische Funktionen von ULK1 beeinflussen.

Aktuelle Veröffentlichungen:

  1. Alers, S. et al. Atg13 and FIP200 act independently of Ulk1 and Ulk2 in autophagy induction. Autophagy 7, 1423-1433, doi:10.4161/auto.7.12.18027 (2011).
  2. Hieke, N. et al. Expression of a ULK1/2 binding-deficient ATG13 variant can partially restore autophagic activity in ATG13-deficient cells. Autophagy 11, 1471-1483, doi:10.1080/15548627.2015.1068488 (2015).
  3. Löffler, A. S. et al. Ulk1-mediated phosphorylation of AMPK constitutes a negative regulatory feedback loop. Autophagy 7, 696-706, doi:10.4161/auto.7.7.15451 (2011).
  4. Wallot-Hieke, N. et al. Systematic analysis of ATG13 domain requirements for autophagy induction. Autophagy 14, 743-763, doi:10.1080/15548627.2017.1387342 (2018).
  5. Wu, W. et al. The Autophagy-Initiating Kinase ULK1 Controls RIPK1-Mediated Cell Death. Cell Rep 31, 107547, doi:10.1016/j.celrep.2020.107547 (2020).
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