(Epi)transkriptomische Analyse eines in-vitro-Modells der menschlichen Neurogenese nach Modulation der Cannabinoid-CB1-Rezeptor-Signalübertragung

• Antragstellerin: Constance Vennin, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Modelle zum Verständnis von Erkrankungen des Nervensystems
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 495867535

Endocannabinoide und ihre Rezeptoren bilden ein weit verbreitetes Lipidsignalsystem bei Wirbeltieren, sowohl beim Erwachsenen als auch im Embryo. Während der Entwicklung des Gehirns regulieren Endocannabinoide die Proliferation von neuronalen Vorläufern, die Differenzierung, Migration und den Aufbau der axonalen Konnektivität. Externe Faktoren (z.B. Stress, Substanz des Missbrauchs usw.) können die neuronale Entwicklung beeinträchtigen und zur Fehlregulation dieser Prozesse und folglich zu irreversiblen Veränderungen der Gehirnfunktion und des Verhaltens im späteren Leben führen. Für den humanen Cannabinoid-Typ-1-Rezeptor (CB1) wurde Überstimulation beschrieben, die Hyperaktivität, Angstzustände, Lerndefizite und Veranlagung für Cannabismissbrauch im Jugend- und Erwachsenenalter fördern. Die zellulären Mechanismen der erhöhten Anfälligkeit für psychische Störungen sind noch nicht verstanden. Bei Nagetieren reguliert CB1 die Genexpression durch epigenetische Reprogrammierung. Daher stelle ich die Hypothese auf, dass dieser Mechanismus während der menschlichen Neurogenese ebenfalls auftritt. Um diese komplexen Prozesse der frühen Entwicklung des Gehirns näher zu untersuchen, werde ich als Modellsysteme humane induzierte pluripotente Stammzellen (hiPSC) und Gehirnorganoide nutzen, welche ich breide im Labor schon etabliert habe. Im 1. Arbeitspaket werden von hiPSC abgeleitete neurale Vorläuferzellen (NPC) in Abwesenheit oder Gegenwart von Delta 9-Tetrahydrocannabinol (THC), der wichtigsten psychotropen Komponente von Cannabis, in kortikale exzitatorische und inhibitorische Neuronen differenziert. Dann werden Transkriptom und Epigenom dieser Neurone durch RNA-Sequenzierung und Chromatin-Immunpräzipitations-Sequenzierung entschlüsselt. Im 2. Arbeitspaket erzeuge ich Organoide unter THC-Behandlung. Ich werde den Einfluss der THC-Behandlung auf die neuronale Differenzierung in verschiedenen Reifungsstadien der Organoide durch Immunfärbung auf Vorläufer- und neuronale Marker, aber auch durch Einzelzell-RNA-Sequenzierung untersuchen, um die verschiedenen neuronalen Zellpopulationen zu identifizieren, die in den Organoiden zu verschiedenen Zeitpunkten ihrer Entwicklung vorhanden sind. Die Einzelzell-RNA-Sequenzierung liefert Informationen über den dynamischen Verlauf der Gehirnentwicklung und darüber, wie eine Dysregulation des Endocannabinoide Systems diese beeinträchtigt. Ich werde auch den Effekt der THC-Behandlung auf die neuronale Konnektivität und Aktivität entschlüsseln, indem ich Lichtblatt-Fluoreszenzmikroskopie und elektrophysiologische Analysen anwende. In diesem Modell der Entwicklung des menschlichen embryonalen Gehirns werde ich also die Bedeutung der Aktivität des Endocannabinoide Systems untersuchen und die Mechanismen beleuchten, die einer erhöhten Anfälligkeit für psychische Störungen zugrunde liegen könnten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen