Charakterisierung ruhender Darmstammzellen mit einem neuartigen Optical Stem Cell Activity Reporter (OSCAR)

• Antragsteller: Dr. Christoph Kaether, seit 8/2023
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 438779085

Der Verlust der Gewebehomöostase ist eines der Hauptmerkmale des Alterns. Spezialisierte Zellen, die sogenannten adulten Stammzellen, bilden ständig neue Zellen zur Erhaltung und Regeneration aller Gewebe. Altern kann somit durch eine Verschlechterung der adulten Stammzellfunktion verursacht werden. Die meisten adulten Stammzellen befinden sich in einer relativen Ruhephase, die sie vor genetischen Schäden und Umweltschäden schützt. Der genaue Mechanismus der Induktion und Aufrechterhaltung dieses Ruhezustands ist indes nicht bekannt. Trotz dieses Schutzmechanismus akkumulieren ruhende Stammzellen im Laufe der Zeit molekulare Schäden (genetische Mutationen sowie epigenetische Veränderungen), von denen gezeigt wurde, dass sie für Organstörungen und -erkrankungen beim Menschen verantwortlich sind (Ermolaeva, Neri et al 2018). Alterungsbedingte epigenetische Veränderungen in Stammzellen stellen aufgrund ihrer Reversibilität ein wertvolles therapeutisches Ziel dar, sind jedoch in vielen adulten Geweben noch nicht charakterisiert.Es wurde zuvor festgestellt, dass ruhende adulte Stammzellen von mindestens sieben verschiedenen Organen eine Herunterregulierung der produktiven mRNA-Transkription zeigen (Freter et al., 2010). Wir haben jetzt einen fluoreszierenden, genetisch codierten Reporter der mRNA Transkription entwickelt, der als Optical Stem Cell Activity Reporter (OSCAR) bezeichnet wird. Wir verwendeten OSCAR zur Erzeugung einer neuen transgenen Mauslinie, die OSCAR-Fluoreszenz in allen Geweben zeigt. Unsere vorläufigen Ergebnisse und Pilotversuche zeigten, dass das neu etablierte OSCAR-System und die OSCAR-Mauslinie ruhende Stammzellen im Darm und in anderen Geweben eindeutig markiert.Wir schlagen vor, junge und alte OSCAR-Mäuse zu verwenden, um die Auswirkungen des Alterns auf die Funktion adulter Stammzellen zu untersuchen. Wir werden OSCARhigh-Zellen (ruhende adulte Stammzellen) aus dem Dünndarm, einem gut beschriebenen Stammzellkompartiment, isolieren und charakterisieren. RNA-Seq, epigenetische Analyse und In-vitro-Assays werden zeigen, ob Alterung zur Aktivierung und zum Verlust ruhender adulter Stammzellen führt und Faktoren bestimmen, die zu einer gesunden Alterung der Stammzellen beitragen. Dieses neuartige Instrument bietet eine einzigartige Gelegenheit, molekulare und epigenetische Veränderungen ruhender adulter Stammzellen im alternden Darm zu validieren und zu charakterisieren. Das Verständnis der Grundlagen der Stammzellalterung ist von grundlegender Bedeutung für die Entwicklung therapeutischer / präventiver Ansätze, mit denen altersbedingte Funktionsstörungen und Krankheiten wie Krebs, Verlust der Darmbarriere und verminderte Regenerationsfähigkeit bekämpft werden können. Unsere Gruppe wird die Forschungsinfrastruktur, die Mauslinienhaltung und das Bioinformatik-Know-how für die Durchführung der Studie bereitstellen. Die DFG-Mittel werden benötigt, um das Personal und einen Teil der Verbrauchskosten für dieses Projekt zu decken.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemalige Antragsteller: Francesco Neri, Ph.D., bis 6/2021; Privatdozent Dr. Alessandro Ori, von 7/2021 bis 7/2023