Drittmittelgeförderte Projekte zu ADHS

DECODE - Cadherin 13-Funktion im cortico-cerebellären Netzwerk bei Neuroentwicklungsstörungen  

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Laufzeit: 2019-2022

Neuroentwicklungsstörungen, insbesondere Autismus (ASD)-, Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivität-(ADHS)- und Abhängigkeits-Erkrankungen sowie (komorbide) Depression, gehören zu den häufigsten Faktoren für Krankheitsbelastung. Maladaptive Wahrnehmung und Verhalten erhöhen das Risiko für diese Störungen. Obwohl beträchtliche Forschungsanstrengungen unternommen werden, gibt es wenige Arbeiten, die die zugrunde liegenden Merkmale wie Aufmerksamkeit, Impulsivität, Emotionsregulation und soziale Wahrnehmung, untersuchen. Die Fortschritte in der Humangenetik haben zur Identifizierung von Hunderten von Genen geführt, die mit ASD- und ADHS-ähnlichen Verhaltensweisen assoziiert sind, einschließlich einer wachsenden Anzahl von Genen, die für synaptische Proteine kodieren. Insbesondere Variationen im Cadherin-13 (CDH13)-Gen wurden mit verschiedenen Neuroentwicklungsstörungen und psychiatrischen Erkrankungen in Verbindung gebracht. Kürzlich wurden seltene De novo- und ererbte Deletionen am CDH13-Locus mit ASD in Verbindung gebracht, was die klinische Relevanz von Mutationen mit Funktionsverlust bei CDH13 anzeigt. Frühere Arbeiten der Partner von DECODE haben gezeigt, dass CDH13 vorwiegend an der Neuronenschnittstelle, den sog. Synapsen, exprimiert wird. In unserem Teilprojekt von DECODE werden Mausmodelle entwickelt, um die Funktion von CDH-13 in bestimmten Subpopulationen von Neuronen zu untersuchen, die am Verhalten im Zusammenhang mit ASD beteiligt sind. Darüber hinaus wird das Potential von humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSCs) genutzt, um die CDH13-Dysfunktion in von IPSC abgeleiteten kultivierten Neuronen von Patienten zu charakterisieren. Das schließlich im Verbund erarbeitete Verständnis spezifischer Veränderungen, die durch eine CDH13-Defizienz in Maus- und Humanmodellen verursacht werden, soll helfen, eine gezielte Behandlung dieser Erkrankungen für die Präzisionsmedizin zu entwickeln.      

Das Projekt teilt sich in folgende Abschnitte auf:  

• Entwicklung neuer menschlicher und Mausmodelle zur Aufklärung der Pathophysiologie der CDH13-Defizienz. Wir werden konditionale Knockout (cK=)-Mauslinien erzeugen, indem wir Cdh13loxP/loxP-Mäuse mit Mäusen kreuzen, die CRE-Rekombinase in spezifischen Zelltypen im präfrontalen Cortex (PFC), dorsaler Raphe und Kleinhirn exprimieren (d.h. SST-Cre, PV-Cre, Ptf1a-CreER, Pet1-Cre). Zur Erzeugung patientenspezifischer Zellen und zur Untersuchung molekularer Mechanismen werden induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs) gesunder Kontrollen und Patienten, die genetische Variationen von CDH13 tragen erzeugt und charakterisiert.  
• Funktionelle Charakterisierung von CDH13 in menschlichen Zellen. iPSCs werden in cortikale Neuronen (glutamaterge und GABAerge) und serotonerge Neuronen differenziert. Um die strukturellen und funktionellen Eigenschaften dieser Neuronen zu untersuchen, werden Superresolution-Imaging-Techniken (z.B. dSTORM), elektrophysiologische Ganzzell-Patch-Clamp-Aufzeichnungen und Live-Cell-Imaging-Analysen durchgeführt.  
• Verhaltensphänotypisierung konditionaler KO-Mausmodelle für CDH13-Defizienz - Cdh13 cKO-Mauslinien werden auf lokomotorische Aktivität, Impulsivität, Geselligkeit und Lerndefizite getestet.  
• Charakterisierung von Synapsen- und Netzwerkveränderungen, die durch CDH13-Defizienz in Mausmodellen verursacht wurden. Wir werden die Rolle von CDH13, das durch kortikale SST-IN exprimiert wird, bei der Bildung und Lokalisierung ihrer Synapsen sowie die kortikale Erregbarkeit und Kognition bestimmen, die Bedeutung von CDH13 in der Golgi-Zellmorphologie und Synaptogenese untersuchen, die zellautonome Funktion von CDH13 in cerebellären Golgi-Zellen erfassen und untersuchen, ob eine Änderung der serotonergen Synapsenfunktion das exzitatorische/inhibitorische Gleichgewicht im Cortex und Kleinhirn beeinflusst.  

Die erwarteten Hauptauswirkungen unseres Projektes sind ein besseres Verständnis der verursachenden Mechanismen, die einer bestimmten Gruppe von Neuroentwicklungserkrankungen gemeinsam sind. Wir setzen uns stark dafür ein, dass die wissenschaftlichen Ergebnisse die drei wichtigsten Interessengruppen erreichen: die wissenschaftliche Gemeinschaft, die direkt von den wissenschaftlichen Erkenntnissen profitiert; die allgemeine Öffentlichkeit, um die neuen Erkenntnisse stärker in den gesellschaftlichen Kontext zu integrieren und die Patienten und ihre Familien, die direkt mit der Last der Krankheit konfrontiert sind.