< Terug naar vorige pagina

Project

Somatische genoominstabiliteit in Tauopathieën: DNA- en RNA-seq van enkelvoudige cellen in mensen, muizen en vliegen om de ziekte-etiologie te begrijpen

Somatisch verworven genetische variatie is beschreven in de hersenen van zoogdieren zowel tijdens de ontwikkeling als op oudere leeftijden. Er wordt gesuggereerd dat neuronen met genetische afwijkingen ten gevolge van genomische instabiliteit (GIN) zich ophopen tijdens neurologische ontwikkeling, terwijl niet alle afwijkende neuronen overleven tot in het neurotypische volwassen en ouder wordende brein dankzij een selectie process. Bovendien blijft de functionele impact van deze genomische afwijkingen op neuronen en de bijdrage ervan aan ziekten grotendeels onduidelijk. Bevindingen in een Drosophila 4Rtauopathie model dat neurodegeneratie vertoont, tonen aan dat gewijzigde tau-expressie tijdens de neurologische ontwikkeling mitotische defecten veroorzaakte die leidden tot een verhoogd voorkomen van genomische afwijkingen, wat suggereert dat neurodegeneratie al vroeg in het leven bepaald is.

Ons doel was bijgevolg om de omvang en gevolgen van genomische instabiliteit in gezond en ziek brein in de verschillende levensfasen beter te begrijpen. Daarvoor ontwikkelden en optimaliseerden we een geautomatiseerde pipeline voor single-nucleus genoom-plus-transcriptoom sequenering (snG&T-seq) van hersenweefsel. Hiermee kunnen we DNA hoeveelheid variaties (DCV) in neuronen kwantificeren en tegelijkertijd onderzoeken wat de gevolgen van deze genomische afwijkingen zijn op de werking van de cel.

Door het toepassen van deze scG&T-seq methode op zich ontwikkelende en post-mitotische individuele neuronen afkomstig van een Drosophila tauopathie model voor tau-gemedieerde neurodegeneratie, hebben we de eerste single-cel DNA kopij nummer (CNV) profielen van Drosophila neuronen gegenereerd. Die resultaten gaven aan dat 4Rtau slechts aneuploïdieën kan veroorzaken wanneer 4Rtau reeds tot expressie komt tijdens de ontwikkeling van het brein, en bovendien dat deze aneuploïdieën tot in volwassen stadia overleven. Daarna pasten we onze snG&T-seq methode toe op hersencellen van humane foetussen. Daaruit bleek dat er een piekincidentie van genomische instabiliteit plaatsvind aan het einde van de neurogenese. Vervolgens onthulde het toepassen van deze techniek op post-mortem menselijk frontaal cortex weefsel van volwassen en donoren op leeftijd dat DCV vaker voorkomt in neuronen afkomstig van breinen met 4Rtauopathieën in vergelijking met neurotypisch brein. Ten slotte rapporteerden we, gebruikmakend van immunofluorescentie, fluorescentie-geactiveerde nucleus sortering (FANS) en single-nucleus sequenering in het brein van Alzheimer (AD) patiënten, een ophoping van nuclair hypogephosphoryleerd tau geassocieerd met oxidatieve stress in een subpopulatie van neuronen in de buurt van amyloïde plaques die hun cell-cyclus opnieuw activeerden, maar vast zitten in S-phase.

Samengevat leverden we met dit onderzoek betrouwbare kwantificering van DCV in gezond en ziek menselijk brein in verschillende levensfasen. Bovendien onthulden we dat GIN in neurotypisch brein waarschijnlijk bepaald wordt door gebeurtenissen tijden de mitose en neuronale differentiatie. In zieke breinen daarentegen toonden we aan dat GIN in 4Rtauopathieën getriggerd wordt door de overexpressie van 4Rtau tijdens de neuronale ontwikkeling, terwijl GIN in AD optreedt wanneer tau zich ophoopt als reactie op oxidatieve stress en om cel dood te vermijden de cel cyclus activeert tot in S-fase. Kortom, onze resultaten tonen aan dat GIN in het brein een belangrijke neuro-ontwikkelings component heeft en bijdraagt aan neurodegeneratieve aandoeningen.

Datum:15 jul 2016 →  18 okt 2023
Trefwoorden:Tauopathies, disease, aetiology
Disciplines:Medische beeldvorming en therapie, Andere paramedische wetenschappen, Genetica, Systeembiologie, Moleculaire en celbiologie
Project type:PhD project