Xenotransplantatie van genetisch gemanipuleerde iPSC-afgeleide microglia en neuronen om het celtype-specifieke samenspel van Progranuline en TMEM106B bij neuroinflammatie en neurodegeneratie te ontcijferen.

Frontotemporale lobaire degeneratie (FTLD) is een vroeg optredende vorm van dementie die 10-20% van alle gevallen van dementie vertegenwoordigt. Het wordt gekenmerkt door het verlies van neuronen in de frontale en temporale lobben, wat resulteert in een dramatische impact op de menselijke kernkwaliteiten, waaronder persoonlijkheid, inzicht en verbale communicatie. Aggregaten van het TAR DNA-bindende eiwit 43 (TDP-43) zijn het kenmerk van het meest voorkomende pathologische subtype van FTLD (FTLD-TDP). Belangrijk is dat het onderzoeksgebied van neurodegeneratie het afgelopen decennium is verschoven van een op geaggregeerde eiwitten gerichte visie naar het concept van een meercellige hypothese voor zowel het ontstaan als het voortbestaan van deze ziekten. Genetische studies hebben aanzienlijk bijgedragen aan het ontcijferen van het cellulaire substraat van neurodegeneratie. Met betrekking tot FTLD identificeerde het Rademakers-laboratorium mutaties met verlies van functie in progranuline (GRN) als een van de belangrijkste genetische oorzaken van FTLD. Ze beschreven ook TMEM106B genetische varianten als de eerste genetische risicofactor voor FTLD-TDP en ontdekten dat TMEM106B beschermende varianten de penetrantie van GRN-mutaties in de ziekte drastisch kunnen verminderen. GRN en TMEM106B zijn verrijkt in afzonderlijke cellulaire compartimenten (respectievelijk microglia versus neuronen). Dit wijst op het feit dat deze gerelateerde genetische factoren interageren vanuit meerdere cellulaire compartimenten. Onze hypothese is dan ook dat het genetische risico cellulaire reacties en fenotypes vormt die bepaalde ziektetoestanden in microglia bevorderen en de kwetsbaarheid van neuronen voor degeneratie veranderen. We stellen voor om dit concept te onderzoeken in de context van FTLD en andere ouderdoms-gebonden TDP-43 neuropathologieën met behulp van de gevestigde ziektegenen GRN en TMEM106B in respectievelijk microglia en neuronen. De studie van genotype-fenotype-interacties bij neurodegeneratie is echter niet triviaal, aangezien er een beperkte homologie is tussen mens en muis in termen van expressie van ziekte geassocieerde genen. Om deze beperking te overwinnen, heeft het Mancuso-lab een model ontwikkeld om voor de mens relevante genetische eigenschappen te bestuderen. Hierbij worden menselijke iPSC-afgeleide hersencellen via xenotransplantatie bestudeerd in een zieke hersenomgeving van muizen. In deze nieuwe samenwerking stellen de Rademakers en Mancuso labs voor om de impact van GRN en TMEM106B genetische varianten te onderzoeken door xenotransplantatie van microglia en neuronen afgeleid van iPSCs in FTLD (Grn- / -) en wild-type muizen. We plannen om 1) isogene series van iPSC-lijnen te genereren die GRN- en TMEM106B-mutaties bevatten; 2) de impact van GRN-deficiëntie in menselijke microglia bepalen en te bepalen of dit verlies voldoende is om neuropathologie in de muizenhersenen te induceren; en 3) bepalen of veranderingen in de expressie van TMEM106B in menselijke neuronen kan leiden tot gevoeligheid of bescherming tegen degeneratie, in vivo. Onze studies zullen belangrijke kennis opleveren over de diverse cellulaire processen die ten grondslag liggen aan FTLD en we verwachten dat de nieuwe inzichten die uit dit onderzoek voortkomen van onschatbare waarde zijn voor de ontwikkeling van nieuwe therapeutische strategieën voor FTLD-patiënten en aanverwante aandoeningen.

Trefwoorden:NEURODEGENERATIEVE HERSENZIEKTEN, PROGRANULINE, NEUROINFLAMMATIE, XENOTRANSPLANTATIE

Disciplines:Single-cell data analyse, Inflammatie, Celdood, Neurologische en neuromusculaire ziekten