Molekulare Klärung von HACE1 Mutationen mit Verlustfunktion

Neuronale Entwicklungsstörungen (engl.: neurodevelopmental disorders, NDD) sind eine Gruppe komplexer und heterogener Störungen des zentralen Nervensystems, die sich früh im Leben manifestieren und etwa 3% der Kinder weltweit betreffen. NDDs stören eine eng koordinierte, komplexe Kette von Ereignissen, die zu einer abnormalen Gehirnentwicklung führen. Diese äußert als Beeinträchtigung der Kognition, Kommunikation, dem adaptivem Verhalten und psychomotorischen Fähigkeiten. Zu den NDDs zählt man typischerweise geistige Behinderung, Erkrankungen im Autismus-Spektrum, Schizophrenie, bipolare Störung und Epilepsie. Obwohl NDDs in einem hohen Maße vererbbar sind, haben sie in der Regel einen multifaktoriellen Ursprung; Einzelne monogenetische Ursachen sind dagegen selten. Bei NDDs finden sich oft Störungen in bestimmten zellulären Funktionen und Signalwegen, dazu gehören z.B., die neuronale Migration und Differenzierung sowie die synaptische Plastizität. Ein besseres Verständnisdieser Mechanismenkönntedazubeitragen, neuegenetischeund pathophysiologische Ursachen zu identifizieren, die neue therapeutische Wege eröffnen könnten. Darüber hinaus haben die relative Unzugänglichkeit von humanem Nervengewebe und das Fehlen von krankheitsspezifischen Nagetiermodellen, die die multifaktorielle Komplexität von NDDs genau widerspiegeln, ein detailliertes Verständnis der Pathophysiologie der Krankheit erschwert. Im aktuellen Projekt wollen wir uns mit den oben genannten Problemen befassen, indem wir menschliche, von Patienten stammende Stammzellmodelle und neuartige Gen- Editing-Techniken einsetzen. Wir werden uns auf die molekulare Charakterisierung einer sehr seltenen, neu entdeckten autosomal rezessiven Erkrankung konzentrieren, die als Spastische Paraplegie mit psychomotorischer Retardierung mit oder ohne Krampfanfälle (SPPRS) bekannt ist. Sie beginnt typischerweise im Kindesalter mit einer angeborenen Muskelschwäche, gefolgt von einer psychomotorischen Entwicklungsverzögerung. Es ist seit langem bekannt, dass genetische Varianten im Ankyrin-Repeat- E3- Ubiquitin-Protein-Ligase (HACE1) Gen SPPRS verursachen können. HACE1 spielt eine zentrale rolle im zellulären proteinabbau und recycling. In einer Vorarbeit zu diesem Projekt ist es uns gelungen aus Bindegewebszellen (Fibroblasten) von vier HACE1 Mutationsträgern pluripotente Stammzellen zu erzeugen. Im vorliegenden Projekt ist es geplant, die pluripotenten Stammzellen weiter in neuronale Zellen zu differenzieren und umfassend zu analysieren. Weiters planen wir, die Mutationen über Gene Editing Methoden wie Crisp-Cas9 zu reparieren und den Wildtyp Zustand wiederherzustellen. Dies wird uns ermöglichen die Auswirkungen der Mutationen in der Zelle spezifisch zu untersuchen. Die hier beschriebenen Methoden lassen sich auch auf andere monogenetische Erkrankungen anwenden, selbst wenn kein Patientenmaterial zur Verfügung steht, und können als Vorlage für die molekulare Analyse anderer verwandter Krankheiten dienen.