NEUTRO-NET

Erbkrankheiten, die die Blutbildung der myeloiden Linie betreffen, manifestieren sich klinisch durch schwere und wiederholte bakterielle Infektionen. Weiterhin kann es bei Patienten mit Blutbildungsstörungen der Neutrophilen und Monozytischen Zellen zur Ausbildung einer Leukämie kommen. NEUTRONET ist der Zusammenschluss weltweit führender Labors um diese seltene Erbkrankheit zu verstehen und neue Therapieansätze zu entwickeln. In diesem Netzwerk übernimmt das Labor von Dr. Josef Penninger zwei wichtige Funktionen im Identifizieren neuer Genprodukte, die für die myeloide Zellinie wichtig sind, sowie im etablieren geeigneter tierischer Modellsysteme. Diese Modelle werden als Grundlage zur Entwicklung neuer Behandlung dienen. Als erste Stütze des NEUTRONET Konzepts schlagen wir vor, Drosophila melanogaster zu verwenden. Untersuchungen zur Blutbildung sind hier möglich, da eine Reihe von Untersuchungen der letzten Jahre den erstaunlich hohen Grad an Konservierung zum Blutsystem von Säugern aufgezeigt hat. Dies gilt im Besonderen für den myeloiden Teil des Haematopoetischen Systems. Aktuelle Innovationen in der genetischen Manipulierbarkeit von Drosophila wurden initial in unserem Institut, IMBA, entwickelt. Sie erlauben die Zeit- und Gewebe- spezifische Ausschaltung von Genen durch in vivo RNAi. Wir wollen diese Methode einsetzen um in einer Genom-weiten Analyse aller konservierten Gene zwischen Mensch und Fliege eine Vielzahl neuer Gene zu identifizieren, die die Blutbildung beeinflussen. Wir werden alle in Fliegen identifizierten Gene mit den Intervallen abgleichen, welche in Patienten mit Defekten der myeloiden Linie an Blutzellen identifiziert wurden. Diese Regionen werden von unseren Kollegen im NEUTRONET Netzwerk kartiert. Der integrative genomische Vergleich wird zu einer enormen Beschleunigung im Auffinden neuer Gendefekte beitragen. Durch diese und andere innovative Herangehensweisen ist NEUTRONET in der Lage, im Rahmen des vorgelegten Zeitrahmens mehrere neue Gene zu identifizieren, deren Mutation zu Neutropenie und verwandten Krankheiten führt. Um zusätzlich mechanistisch zu arbeiten, jedoch benötigen wir Modellsysteme, die näher am Menschen sind. Somit ist die zweite Stütze des NEUTRONET Konzepts, welche das Labor von Dr. Josef Penninger übernimmt, die effiziente Herstellung von gentechnisch veränderten Mäusen, die humane Mutationen rekapitulieren. Die Analyse solcher Mäuse wird den endgültigen Beweis für die Kausalität identifizierter humaner Mutationen bzw. im Fliegen- System analysierter Mutanten erbringen. Durch die etablierten Arbeitsschritte im Herstellen gentechnisch veränderter Mäuse, von Molekularbiologie und Zellkultur angefangen bis hin zur modernen 8-Zell Injektion von embryonalen Stammzellen (www.austromouse.at) und dem größten und modernsten Maushaus in Österreich kann der hierfür benötigte Zeitrahmen minimiert werden. Unser ausgeprägtes Know-how im Bereich Immunologie und Haematopoese und das Vorhandensein aller Methoden in der Analyse wird auch die analytische Aufarbeitung optimieren. Die hierbei generierten Mausmodelle werden als ideale Plattform zur Entwicklung von medikamentösen und/oder Gen-basierter Therapien fungieren.

Mittels eines genomweiten Screens in Fruchtfliegen identifizierte das Labor von Josef Penninger Gene, welche zur Blutbildung in Drosophila wichtig sind. Indem diese Daten mit großangelegten humanen Studien verglichen wurden konnten konservierte Mechanismen der Blutentwicklung etabliert werden. Diese Ergebnisse wurden in 2 Publikationen in Nature veröffentlicht (doi: 10.1038/nature10659, doi: 10.1038/nature11677).Des weiteren gelang es Josef Penninger mit Mitteln des FWF Projekts I 434-B13, haploide, embryonale Stammzellen zu entwickeln. Diese Zellen erfüllen alle Definitionskriterien von embryonalen Stammzellen, d.h. sie können in vitro und in vivo in andere Zelltypen differenzieren. Da sie aber parthenogenetisch hergestellt wurden enthalten sie nur den mütterlichen Chromosomensatz. Die Tatsache, dass derartige Zellen lebensfähig sind, ist an sich schon sehr überraschend. Das Labor von Joesef Penninger verwendet diese Zellen, um Hochdurchsatz-Genetik zu betreiben. Dies ist möglich, da in haploiden Zellen der zweite Chromosomensatz anders als in diploiden eine Manifestation der Effekte nicht verhindert. In einem Screen für den Wirkmechanismus der Biowaffe Rizin wurden so zelluläre Mechanismen entschlüsselt, die die Toxizität vermitteln (doi: 10.1016/j.stem.2011.10.012).