Visualisierung der DNA-Schadensantwort in Purkinje-Zellen mit Hilfe von zerebellären organotypischen Kulturen

Unsere Arbeit konzentriert sich auf das Verständnis einer menschlichen genetischen Störung, die als Ataxie-Teleangiektasie, kurz A-T, bezeichnet wird. Es wird durch den Verlust der Proteinkinase ATM verursacht. ATM hat viele Funktionen und A-T ist durch viele Symptome gekennzeichnet, aber das Hauptsymptom von A-T ist die fortschreitende Kleinhirndegeneration und es ist derzeit unklar, welche der vielen Funktionen des ATM-Proteins diejenige ist, deren Verlust spezifisch für dieses verheerende Symptom verantwortlich ist.

Wir versuchen, dieses zentrale Problem in der AT-Forschung zu untersuchen und verwenden dafür zerebelläre organotypische Kulturen, die von Wildtyp- und ATM-defizienten Mäusen stammen. Sie ermöglichen es uns, uns auf den Zelltyp zu konzentrieren, der wahrscheinlich der erste ist, der im degenerierenden Kleinhirn von AT-Patienten verloren gegangen ist, die Purkinje-Zellen. Wie in vielen Bereichen der Biowissenschaften nutzt die Forschung in A-T eine Vielzahl fortschrittlicher Techniken und Methoden.

Zu diesen Methoden gehören Tiermodelle, neuartige Gewebekulturen, induzierte polyploide Stammzellen, modernste Bildgebungstechnologien, induzierte omische Methoden und die Bildgebung von Einzelzellpartiellen. Die Ursache für die Verschlechterung des Kleinhirns bei A-T ist die Verschlechterung der Purkinje-Zellen. Diese Zellen sind notorisch schwer zu isolieren und können in Kulturen ohne Unterstützung durch andere Zelltypen nicht überleben.

Eine einzigartige experimentelle Herausforderung besteht darin, reife, funktionierende humane Purkinje-Zellen mit Hilfe der induzierten polyploiden Stammzelltechnologie zu gewinnen. Da es derzeit unmöglich ist, isolierte Purkinje-Zellen zu züchten, bieten zerebelläre organotypische Kulturen eine wertvolle Möglichkeit, diese Zellen in einer Kulturschale im natürlichen Gewebekontext zu untersuchen. Die Verwendung der Proteinkorrelation als Messwert für die DNA-Schadensreaktion ist sehr informativ, insbesondere in Bezug auf Purkinje-Zellen.

Eine Hauptfunktion der ATM-Proteinkinase ist die Regulierung der DNA-Schadensreaktion, die für die Aufrechterhaltung der Genomintegrität und der zellulären Homöostase angesichts der anhaltenden DNA-Schäden, die in jeder Zelle auftreten, von entscheidender Bedeutung ist. Wir müssen die kritische DNA-Läsion lokalisieren, deren Reparatur in ATM-defizienten Purkinje-Zellen defekt ist, und wir hoffen, dies mit Hilfe der zerebellären organotypischen Kulturen zu erreichen. Dies soll es uns ermöglichen, die physiologischen und molekularen Grundlagen des wichtigsten und verheerendsten Symptoms von A-T, der Kleinhirndegeneration, besser zu verstehen.