Zusammenfassung: Mithilfe der CRISPR-Geneditierung konnten die Forscher Mikroglia kontrollieren und ihren mit der Alzheimer-Krankheit verbundenen toxischen Zustand umkehren und sie wieder auf Kurs bringen.
Quelle: UCSF
Laut einer neuen Studie von Forschern der UC San Francisco stellt die Entdeckung, wie beschädigte Gehirnzellen von einem kranken Zustand in einen gesunden überführt werden können, einen potenziellen neuen Weg zur Behandlung von Alzheimer und anderen Formen von Demenz dar.
Die Forschung konzentriert sich auf Mikroglia, Zellen, die das Gehirn stabilisieren, indem sie beschädigte Neuronen und die Proteinplaques beseitigen, die oft mit Demenz und anderen Gehirnerkrankungen in Verbindung gebracht werden.
Diese Zellen werden zu wenig untersucht, obwohl bekannt ist, dass Veränderungen in ihnen eine bedeutende Rolle bei Alzheimer und anderen Gehirnerkrankungen spielen, sagte Martin Kampmann, PhD, Seniorautor der Studie, die am 11. August in erscheint Natur Neurowissenschaften.
„Jetzt können wir mit einer neuen CRISPR-Methode, die wir entwickelt haben, aufdecken, wie wir diese Mikroglia tatsächlich kontrollieren können, um sie dazu zu bringen, mit giftigen Dingen aufzuhören und wieder ihre lebenswichtige Reinigungsarbeit zu erledigen“, sagte er. „Diese Fähigkeit bietet die Chance für einen völlig neuen Therapieansatz.“
Nutzung des Immunsystems des Gehirns
Die meisten Gene, von denen bekannt ist, dass sie das Alzheimer-Risiko erhöhen, wirken durch Mikrogliazellen. Daher haben diese Zellen einen erheblichen Einfluss darauf, wie sich solche neurodegenerativen Erkrankungen abspielen, sagte Kampmann.
Mikroglia fungieren als das Immunsystem des Gehirns. Gewöhnliche Immunzellen können die Blut-Hirn-Schranke nicht überwinden, daher ist es die Aufgabe gesunder Mikroglia, Abfallstoffe und Toxine auszuscheiden und die Neuronen optimal funktionieren zu lassen. Wenn Mikroglia beginnen, sich zu verirren, kann dies zu einer Entzündung des Gehirns und einer Schädigung von Neuronen und den von ihnen gebildeten Netzwerken führen.
Unter bestimmten Bedingungen beginnt Mikroglia beispielsweise damit, Synapsen zwischen Neuronen zu entfernen. Während dies ein normaler Teil der Gehirnentwicklung in der Kindheit und Jugend eines Menschen ist, kann es im erwachsenen Gehirn katastrophale Auswirkungen haben.
In den letzten fünf Jahren haben viele Studien diese unterschiedlichen Mikroglia-Zustände beobachtet und profiliert, waren jedoch nicht in der Lage, die Genetik dahinter zu charakterisieren.
Kampmann und sein Team wollten genau herausfinden, welche Gene an bestimmten Zuständen der Mikrogliaaktivität beteiligt sind und wie jeder dieser Zustände reguliert wird. Mit diesem Wissen könnten sie dann Gene ein- und ausschalten und eigensinnige Zellen wieder auf den richtigen Weg bringen.
Von Advanced Genomics zu einem Heiligen Gral
Um diese Aufgabe zu erfüllen, mussten grundlegende Hindernisse überwunden werden, die Forscher daran gehindert haben, die Genexpression in diesen Zellen zu kontrollieren. Beispielsweise sind Mikroglia sehr resistent gegen die gängigste CRISPR-Technik, bei der das gewünschte genetische Material mithilfe eines Virus in die Zelle gebracht wird.
Um dies zu überwinden, überredete Kampmanns Team Stammzellen, die von menschlichen Freiwilligen gespendet wurden, um Mikroglia zu werden, und bestätigte, dass diese Zellen wie ihre gewöhnlichen menschlichen Gegenstücke funktionieren. Anschließend entwickelte das Team eine neue Plattform, die eine Form von CRISPR, die es Forschern ermöglicht, einzelne Gene an- und auszuschalten – und an deren Entwicklung Kampmann maßgeblich beteiligt war – mit dem Auslesen von Daten kombiniert, die Funktionen und Zustände einzelner Mikrogliazellen anzeigen.
Durch diese Analyse identifizierten Kampmann und sein Team Gene, die die Überlebens- und Vermehrungsfähigkeit der Zelle beeinflussen, wie aktiv eine Zelle Entzündungsstoffe produziert und wie aggressiv eine Zelle Synapsen beschneidet.
Und weil die Wissenschaftler festgestellt hatten, welche Gene diese Aktivitäten kontrollieren, konnten sie die Gene zurücksetzen und die erkrankte Zelle in einen gesunden Zustand versetzen.
Ausgestattet mit dieser neuen Technik plant Kampmann zu untersuchen, wie die relevanten Zustände der Mikroglia kontrolliert werden können, indem die Zellen mit bestehenden pharmazeutischen Molekülen angegriffen und in präklinischen Modellen getestet werden. Er hofft, spezifische Moleküle zu finden, die auf die Gene einwirken, die notwendig sind, um kranke Zellen wieder in einen gesunden Zustand zu versetzen.
Kampmann sagte, sobald die richtigen Gene umgedreht sind, ist es wahrscheinlich, dass die „reparierten“ Mikroglia ihre Verantwortung wieder aufnehmen werden, indem sie Plaques entfernen, die mit neurodegenerativen Erkrankungen in Verbindung gebracht werden, und Synapsen schützen, anstatt sie auseinanderzunehmen.
„Unsere Studie liefert eine Blaupause für einen neuen Behandlungsansatz“, sagte er. “Es ist ein bisschen wie ein heiliger Gral.”
Finanzierung: Diese Arbeit wurde teilweise durch NIH-Zuschüsse DP2 GM119139, U01 MH115747, U54 NS100717, R01 AG051390, F30 AG066418, F30 AG062043 und ZO1 AG000534-02 finanziert. Weitere Fördermittel finden Sie in der Studie
Siehe auch
Autoren: Weitere Autoren sind: Nina Dräger, Sydney Sattler, Olivia M. Teter, Kun Leng, Jason Hong, Giovanni Aviles, Claire D. Clelland, Lay Kodama und Li Gan von der UCSF. Weitere Autoren finden Sie in der Studie.
Über diese Alzheimer-Krankheit und Neuigkeiten aus der Gen-Editing-Forschung
Autor: Robin Marken
Quelle: UCSF
Kontakt: Robin Marks – UCSF
Bild: Das Bild ist gemeinfrei
Ursprüngliche Forschung: Uneingeschränkter Zugang.
„Eine CRISPRi/a-Plattform in humanen iPSC-abgeleiteten Mikroglia deckt Regulatoren von Krankheitszuständen auf“ von Martin Kampmann et al. Natur Neurowissenschaften
Abstrakt
Eine CRISPRi/a-Plattform in menschlicher iPSC-abgeleiteter Mikroglia deckt Regulatoren von Krankheitszuständen auf
Mikroglia entwickeln sich zu wichtigen Treibern neurologischer Erkrankungen. Uns fehlt jedoch ein systematisches Verständnis der zugrunde liegenden Mechanismen.
Hier präsentieren wir eine Screening-Plattform zur systematischen Aufklärung der funktionellen Folgen genetischer Störungen in humaninduzierten, aus pluripotenten Stammzellen stammenden Mikroglia.
Wir haben ein effizientes 8-Tage-Protokoll für die Generierung von Mikroglia-ähnlichen Zellen entwickelt, das auf der induzierbaren Expression von sechs Transkriptionsfaktoren basiert. Wir haben eine induzierbare CRISPR-Interferenz und -Aktivierung in diesem System festgestellt und drei Screenings durchgeführt, die auf das „drogable Genom“ abzielten. Diese Screens deckten Gene auf, die das Überleben, die Aktivierung und die Phagozytose von Mikroglia kontrollieren, einschließlich Neurodegenerations-assoziierter Gene.
Ein Screening mit Einzelzell-RNA-Sequenzierung als Auslesung ergab, dass diese Mikroglia ein Spektrum von Zuständen annehmen, das denen entspricht, die im menschlichen Gehirn beobachtet werden, und identifizierte Regulatoren dieser Zustände. Ein krankheitsassoziierter Zustand, der durch Osteopontin (SPP1)-Expression gekennzeichnet war, wurde selektiv durch Hemmung des koloniestimulierenden Faktors 1 (CSF1R) verringert.
Somit kann unsere Plattform Regulatoren von Mikrogliazuständen systematisch aufdecken und ihre funktionelle Charakterisierung und therapeutische Ausrichtung ermöglichen.