FG Fitzgerald

PINK1 in der Parkinson-Krankheit
Molekulare Mechanismen im Zusammenhang mit der PINK1-Parkinson-Krankheit

Karan Sharma

Mutationen in der mitochondrialen PTEN-induzierten putativen Kinase 1 (PINK1) sind eine häufige Ursache für die rezessiv vererbte Parkinson-Krankheit. Die Mechanismen, durch die PINK1 zum Absterben dopaminerger Neuronen in der Substantia nigra führen kann, bleiben jedoch unklar. Um die Krankheit zu untersuchen, nutzen wir hauptsächlich in vitro kultivierte dopaminerge Neuronen aus humanen iPSCs. Neben der Beobachtung der "gut definierten" kanonischen Mitophagie-Störung nach einer mitochondrialen Membrandepolarisation beobachten wir metabolische Unterschiede in dopaminergen Neuronen mit PINK1-Verlust-funktion, die mit, aber nicht beschränkt auf die Mitochondrien, zusammenhängen. Durch vertiefende Untersuchungen mittels kollaborativer Multiomik-Ansätze, d. h. Phospho-/Proteomik und Lipidomik, und Verwendung dieser Datensätze als Referenz-Einstiegspunkt, haben wir 1. eine erhöhte Cholesterinbiosynthese identifiziert, die zu einem Anstieg von Cholesterin in PINK1-Knockout-dopaminergen Neuronen führt, und 2. PINK1 beeinflusst den Dopamin-Stoffwechsel über die Regulation der Tyrosin-Hydroxylase, des limitierenden Enzyms für die Dopamin-Synthese. In diesen Projekten zielen wir darauf ab, die molekularen Mechanismen zu untersuchen, durch die PINK1 diese veränderten Wege in dopaminergen Neuronen beeinflusst, in der Hoffnung, Therapeutika zu entwickeln, die zukünftig Patienten und Patientinnen mit Parkinson-Krankheit zugutekommen könnten.

Diese Studie wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen des Graduiertenkollegs MOMbrane 654651/GRK2364 finanziert. MOMbrane zielt darauf ab, die verschiedenen Funktionen der mitochondrialen äußeren Membran (MOM) sowie ihre Struktur, Regulation und Biogenese zu untersuchen. MOMbrane umfasst zehn Promovierende an verschiedenen Instituten in Tübingen, die sich jeweils auf verschiedene Aspekte der MOM konzentrieren. Das Projekt wird in Zusammenarbeit mit Partnerlaboren am Weizmann-Institut in Rehovot (Israel) durchgeführt. Link zur Website des RTG MOMbrane: https://www.mombrane.de/

Die Rolle des mitochondrialen äußeren Membranproteins Miro1 in der Parkinson-Krankheit
Miro1-Funktion in dopaminergen Neuronen

Lisa Schwarz (Alumni)

Wir haben krankheitsassoziierte (RHOT1 R272Q) und funktionelle (RHOT1 S156A und K572R) Miro1/RHOT1-Mutationen in menschlichen iPSCs mittels Gentechnik eingeführt. Gesunde und bearbeitete iPSCs können dann in andere Zelltypen, einschließlich Neuronen, differenziert werden (Schwarz, Casadei und Fitzgerald, 2021). Wir haben die Funktion von Miro1 unter Verwendung dieser mutations- und wegebezogenen Mutationen untersucht, indem wir den mitochondrialen Umsatz, den Mitophagie-Stoffwechsel und die Calciumverarbeitung bewertet haben (Schwarz und Fitzgerald, 2022, Schwarz et al., 2022).

Diese Studie wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen des Graduiertenkollegs MOMbrane 654651/GRK2364 finanziert. Link zur Website des RTG MOMbrane: https://www.mombrane.de/

Miro1-Retention an depolarisierten Mitochondrien bei der Parkinson-Krankheit

Layla Drwesh

Miro1 ist ein mitochondriales äußeres Membranprotein mit zwei atypischen GTPase-Domänen, die zwei zentrale EF-Hände (Calciumbindungsdomänen) umgeben. Seine Hauptfunktion besteht darin, die mitochondriale Bewegung entlang der Mikrotubuli zu erleichtern, indem es die Mitochondrien über Adapterproteine TRAK1/2 an molekulare Motoren anheftet. Der mitochondriale Transport ist für die ordnungsgemäße mitochondriale Verteilung für die neuronale Gesundheit notwendig. Neben der mitochondrialen Mobilität ist Miro1 stark in die mitochondriale Qualitätskontrolle verwickelt, da sein Abbau ein bekannter Marker für klassische CCCP-induzierte Mitophagie ist. Darüber hinaus interagiert Miro1 mit PINK1 (Weihofen et al., 2009) und Parkin (Birsa et al., 2014, Klosowiak et al., 2016), was es zu einem wichtigen Spieler in der PINK1-Parkin-vermittelten mitochondrialen Qualitätskontrolle macht. Miro1 wurde mit der PD-Biologie in Verbindung gebracht, nachdem entdeckt wurde, dass LRRK2 Miro1 durch Bildung eines Komplexes damit entfernt (Hsieh et al., 2016). In derselben Studie wurde erstmals unter Verwendung von humanen Fibroblasten von Patienten und Patientinnen gezeigt, dass Miro1-Abbau bei sporadischer PD beeinträchtigt ist, was zu einer verzögerten Mitophagie führt. Es ist jedoch immer noch unklar, warum bei einigen PD-Zellen nach einer mitochondrialen Depolarisation eine Miro1-Retention auftritt und bei anderen nicht. Um diese Lücke zu schließen und die Häufigkeit der Miro1-Retention bei PD besser zu verstehen, zielt diese Studie darauf ab, die Reaktion von Miro1 auf eine mitochondriale Depolarisation in einer unabhängigen Kohorte von PD-Patienten und Patientinnen und gesunden Kontrollprobanden und -probandinnen aus Tübingen zu messen. Für diese Untersuchung verwenden wir verfügbare Biomaterialien wie Fibroblasten und Blut. Durch die Validierung von Miro1 als robustem zellulärem Merkmal für PD wird diese Forschung zu therapeutischen Interventionen beitragen, die auf das Miro1-defekte Phänotyp bei PD-Patienten und Patientinnen abzielen.

Dieses Projekt wird von der Michael J. Fox Foundation finanziert. MJFF-021967.

BEST - Bewertung von Biomarkern zur Unterstützung der klinischen Translation bei Schizophrenie

Maria Zarani & Richard Wüst

Psychosen repräsentieren eine Gruppe von Krankheiten, die durch enorme Heterogenität gekennzeichnet sind. Als Folge davon sind Diagnose, Prognose und Behandlungsentscheidungen für einzelne Patienten und Patientinnen ziemlich herausfordernd. Im Rahmen des Projekts werden wir Biomarker-Signaturen von Patienten und Patientinnen mit hohem Risiko für Schizophrenie und mit definierten psychotischen Erkrankungen optimieren. Dies wird durch Integration multimodaler Patientendaten und anschließende Validierung der Biomarker-Signaturen mit Hilfe von patientenabgeleiteten Neuronen erreicht.

Das Projekt wird durch das BMBF (FRN: 01EK2101A) finanziert und in Zusammenarbeit mit vier Partnern durchgeführt: LMU München, ZI Mannheim, NMI Reutlingen und dem Hertie-Institut für klinische Hirnforschung/Universitätsklinik für Psychiatrie Tübingen (HIH/UKPP). Die Validierung von mitochondrialen Ausgaben wird vom HIH/UKPP durchgeführt.

Die Rolle des endosomalen-lysosomalen Systems bei atypischer Parkinson-Krankheit/Corticobasal-Syndrom

Katharina Stegen (Alumni), Lisa Schwarz (Alumni) und Julia Fitzgerald

Eine Dysfunktion des endosomalen-lysosomalen Systems ist ein Phänomen, das viele neurodegenerative Erkrankungen durchläuft, einschließlich Alzheimer-Krankheit, Parkinson-Krankheit und anderer seltenerer neurodegenerativer Erkrankungen wie progressiver supranukleärer Lähmung (PSP) und corticobasalem Syndrom/Degeneration (CBS/CBD). Das endosomale lysosomale System wird durch Veränderungen des pH-Werts gebildet und gesteuert, und daher sind die Ionaustauscher, die in den membranösen Kompartimenten des endosomalen Lumens vorhanden sind, entscheidend für die richtige pH-Regulierung. Diese Austauscher sind wichtig, und große Defekte führen oft zu schwerer geistiger Behinderung. Wir untersuchen Veränderungen im endolysosomalen System im Zusammenhang mit dem Natrium-Wasserstoff-Austauscher 6 (NHE6), die zur Anfälligkeit für die Entwicklung neurodegenerativer Erkrankungen im späteren Leben beitragen könnten.

Dieses Projekt wurde vom Fortüne-Programm der Medizinischen Fakultät der Universität Tübingen finanziert. Dieses Projekt wird in Zusammenarbeit mit Rejko Krüger (LCSB, Luxemburg und Luxemburgisches Institut für Gesundheit, Luxemburg) durchgeführt.

Mitochondriale DNA als Biomarker für die Parkinson-Krankheit

Julia Fitzgerald, Gerrit Machetanz, Anne Grünewald (LCSB, Université du Luxemburg)

Sporadische Formen der Parkinson-Krankheit sind am häufigsten, aber sie sind schwierig im Labor zu modellieren, da keine bekannte Genmutation vorhanden ist, die eingeführt oder korrigiert werden könnte, um isogene Kontrollen zu erzeugen. Statistisch gesehen werden große Kohorten benötigt, um gesunde Individuen mit sporadischen Parkinson-Krankheitspatienten und -patientinnen zu vergleichen. Dies stellt ein Problem dar, da die Kultur von patientenabgeleiteten Zelllinien für solche große Kohorten spezielle Robotik erfordert, invasiv für die Patienten und Patientinnen und auch teuer ist. Um dieses Problem zu überwinden, sammeln wir Bioflüssigkeiten aus einer großen Kohorte von Parkinson-Krankheitspatienten und -patientinnen, einschließlich sporadischer und familiärer Fälle, bei denen mitochondriale Proteine betroffen sind. Wir werden nach Veränderungen in den Mitochondrien in diesen Zellen suchen, um Subgruppen von Patienten und Patientinnen zu identifizieren, die in Zukunft von Medikamenten profitieren könnten, die auf die mitochondriale Dysfunktion abzielen.

Dieses Projekt wird von der Michael J. Fox Foundation finanziert. MJFF-15744, MJFF-021147