Entwicklungs- und metabolische Programmierung von Vorläuferzellen der Pankreas

• Antragsteller: Tiago Cardoso Alves, Ph.D.; Professor Anthony Gavalas, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Endokrinologie, Diabetologie, Metabolismus ; Entwicklungsbiologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 507249020

Die Entwicklungsprozesse der Pankreas-Vorläuferzellen, bereiten entstehende ß-Zellen auf die postnatale Expansion und Reifung vor und gewährleisten die Funktionalität der differenzierten ß-Zellen. Störungen dieser Prozesse führen aufgrund von epigenetischen Veränderungen zu Funktionsverlusten der ß-Zelle, wobei zugrundeliegende molekulare Mechanismen noch nicht vollständig verstanden sind.Aldehyd-Dehydrogenase 1b1 (Aldh1b1) wird in allen Vorläuferzellen der Bauchspeicheldrüse exprimiert und reguliert den Zeitpunkt der Pankreasdifferenzierung. Seine Inaktivierung bewirkt eine vorzeitige Differenzierung und resultiert bereits am ersten postnatalen Tag in einer Deregulation diverser Gene, die für die Funktionalität der ß-Zellen wichtig sind. Null-Mäuse wurden hyperglykämisch, zeigten Glukoseintoleranz und ein Fehlen der ersten Phase der Insulinsekretion, wobei auch isolierte adulte Inselzellen nur schwach auf Glucose reagierten. Vorläufige Ergebnisse zeigten, dass der Funktionsverlust von Aldh1b1 in Pankreasvorläuferzellen zu einem Anstieg der reaktiven Sauerstoffspezies und zum Verlust der Selbsterneuerung führte. Wir vermuten daher, dass Aldh1b1 in den zellulären Metabolismus eingreift und damit die Verfügbarkeit von Metaboliten reguliert, die als Substrat für Histon- und DNA modifizierende Enzyme dienen. In Übereinstimmung mit dieser Hypothese konnten wir einen Zusammenhang von Aldh1b1 mit dem Acetyl-CoA Stoffwechsel herstellen.Um die Rolle von Aldh1b1 im Stoffwechsel der Pankreas-Vorläuferzellen zu verstehen, werden wir Metabolom- und Stoffwechselflussanalysen von Wildtyp-, Aldh1b1-Null und Aldh1b1-überexprimierenden Vorläuferzellen durchführen, um Aldh1b1-regulierte Stoffwechselwege zu ermitteln. Enzymatische Assays werden mögliche Substrate von Aldh1b1 aufdecken. Zur Validierung dieser Ergebnisse werden wir In-vitro- Störungs- und Rettungsexperimente durchführen. Um den Einfluss von Aldh1b1 auf die Genexpression und Chromatin zu untersuchen, werden wir RNA- und ATAC-Sequenzierungen in embryonalen Pankreas-Progenitoren und ß-Zellen am P1 durchführen. Änderungen der Chromatin Zugänglichkeit und DNA-Methylierungsmustern werden mit Änderungen in der Genexpression korreliert, um genregulierende Netzwerke zu entschlüsseln, die in der Entwicklungsprogrammierung und Reifung von ß-Zellen eine Rolle spielen.Wir erwarten Metabolite und Stoffwechselwege aufzudecken, die an der Generation von Vorläuferzellen der endokrinen Differenzierung und der ß-Zellreifung beteiligen. Diese Erkenntnisse könnten zur Entwicklung von regenerativen Anwendungen beitragen wie der Generierung von ß-Zellen aus pluripotenten Stammzellen oder endogenen adulten Stammzellen der Pankreas für die Therapie von Diabeteserkrankungen. Weiterhin könnten die gewonnenen Erkenntnisse von Bedeutung in der Erforschung von Pancreaskarzinomen sein, da wir herausgefunden haben, dass eine funktionellen Aldh1b1 nötig für der Entstehung von KrasG12D-abhängigen Pankreaskarzinomen ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen