Kate Storey, School of Life Sciences, University of Dundee, , Scotland

Untersuchung der molekulare Heterogenität der Stammzellnische des Rückenmarks durch Einzelzellanalysen

Gefördert in: 2017, 2018, 2019


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Problem: Ependymale Zellen (EC) sind zentrale Akteure bei der Antwort auf eine Rückenmarksverletzung, doch überraschend wenig ist über sie bekannt.

Angriffspunkt: Detaillierte Charakterisierung der ECs im Rückenmark von Maus und Mensch auf Einzelzellebene

Zielsetzung: Ein besseres Verständnis der ECs im Rückenmark: Zelltypen und Zellstadien, Funktionen, Potential für eine therapeutische Intervention

 

Ependymale Zellen (EC) sind die Zellen, die den zentralen Kanal im Rückenmark auskleiden. Im gesunden sind dies vorwiegend ruhende Zellen (d.h. sie teilen sich nicht), aber sie tragen zur physiologischen Funktion des Gewebes bei. Nach Rückenmarksverletzung teilen sich ECs jedoch rasch und bilden vermutlich spezialisierte Zellen, die weiteren Gewebeschaden verhindern könnten, die aber auch die funktionelle Reparatur beeinträchtigen könnten. In der Tat sind ECs die einzigen Zellen des Rückenmarks, die die vielen spezialisierten Zelltypen des Rückenmarks (Neurone, Astrozyten und Oligodendrozyten) hervorbringen können, wenn man sie unter Laborbedingungen kultiviert. Diese Ergebnisse führten dazu, dass ECs als Stammzellen des Rückenmarks gesehen werden. Aber nicht alle ECs scheinen Stammzellen zu sein und die genaue Identität der Rückenmarks-Stammzellen ist bis dato noch ungeklärt.

Historisch gesehen wurden ECs basierend auf ihrer Lokalisation (den Kanal umgebend) und ihrer Morphologie (z.B. Zellform) definiert.

Studien auf molekularer Ebene haben gezeigt, dass ECs eine uneinheitliche Zellpopulation darstellen, aber den Forschern fehlten die Werkzeuge, die Unterschiede zwischen den einzelnen ECs darzustellen. Weil unterschiedliche EC-Subtypen unterschiedliche Funktionen innehaben könnten, z.B. die Funktion von Stammzellen, ist es wichtig, sie genauer zu untersuchen.

In diesem Projekt werden wir mit modernster Technologie die Gene untersuchen, die in den individuellen Zellen exprimiert werden. Durch die Gene, die in einer Zelle exprimiert werden (messenger RNA, oder mRNA), kann auf die Identität einer Zelle geschlossen werden. Wir werden Einzelzell-RNA-Sequenzierungen durchführen, um die Tausenden mRNA-Moleküle innerhalb der individuellen ECs des Maus-Rückenmarks zu „lesen“. Diese umfangreichen Datensätze werden es uns ermöglichen, die Subtypen und Zellstadien der ECs des Rückenmarks zu charakterisieren und uns über ihre mögliche Funktion und Beziehungen zu informieren. Mit der ausführlichen Charakterisierung der Maus-ECs werden wir neue, definierende Markergene erhalten, um dann mittels hochauflösender 3D-Mikroskopie computergestützt generierte EC-Subtypen im Rückenmark von Maus und Mensch abzubilden.

Unsere Arbeit wird eine unschätzbare Quelle für die Forschungsgemeinschaft darstellen. Unser Ziel ist es, unsere Daten aus dem Mausmodell in den humanen Kontext zu übertragen. Mittels selektiver Markierung und manipulation von EC-Subtypen wollen wir untersuchen, wie sie sich im gesunden und verletzten Rückenmark verhalten und welche Mechanismen die Übergänge von verschiedenen Zelltypen bzw. –stadien verursachen.

Die Analyse der Heterogenität der ECs ist wichtig für das Verstehen des Potentials der endogenen Rückenmarks-Stammzellen und für die Entwicklung neuer therapeutischer Strategien für die Reparatur des Rückenmarks.