DNA-Methylierung spielt eine entscheidende Rolle bei der epigenetischen Regulation der Genaktivität und ist ein weit verbreitetes Regulationsprinzip im Genom höherer Organismen. Die Basisinformation der Gen-Sequenz wird dabei durch die Methylierung von Cytosin nicht verändert. Methyliertes Cytosin (mC) kommt in den sog. CpG-Dinukleotiden (in einem DNA-Einzelstrang benachbarte C und G Nukleotide, „p“ steht hierbei für das gemeinsame „Phosphat-Rückgrat“) vor. Die große Mehrzahl aller Gene enthält in flankierenden Bereichen sogenannte "CpG-Inseln", d.h. DNA-Sequenzabschnitte mit einer hohen Dichte an CpG-Dinukleotiden. Im 5'-Bereich von exprimierten Genen sind diese CpGs in der Regel unmethyliert. Methylierungsmuster im menschlichen Genom sind Gewebe- und Zelltypspezifisch und mit verantwortlich für die Entwicklung der Vielzahl verschiedener Zelltypen (beim Menschen mehr als 200) mit identischer Genomsequenz. Veränderungen in den DNA-Methylierungsmustern von Zellen sind unter anderem ein frühes Ereignis bei der Entstehung von Tumoren und oft charakteristisch für bestimmte Krebserkrankungen bzw. Subtypen hiervon. Aber auch in anderen pathogenen Zusammenhängen werden veränderte Methylierungsmuster beobachtet, wie etwa bei neurologischen Erkrankungen. Besondere Bedeutung kommt hier unter anderem dem SRCAP (Snf2-related CREBBP activator protein) zu. Mutationen in unterschiedlichen Bereichen des SRCAP-Gens führen zu verschiedenen Methylierungsmustern auf DNA-Ebene verschiedenster Gene die bei den Betroffenen mit unterschiedlichen erblichen Erkrankungen einhergehen (Floating Harbor Syndrom bzw. DEHMBA Syndrom) Aus diesem Grund, steht dieses SRCAP-Gen im Mittelpunkt der dieses Projekts.

Dieses Projekt wird finanziert durch Mittel aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) über die TBI Technologie-Beratungs-Institut GmbH als Projektträger des Ministeriums für Wirtschaft, Arbeit und Gesundheit Mecklenburg-Vorpommern.

Erbliche Formen der MR oder kognitiver Minderbegabung zählen zu den häufigsten kognitiven Störungen, die auf genetische Defekte zurückgehen. Oft treten bei den Betroffenen weitere klinische Merkmale auf, wie z. B. beim Down Syndrom (Trisomie 21). Die größte Herausforderung bei der Erforschung der molekularen Grundlagen kognitiver Störungen liegt oft darin, die Zusammenhänge zwischen Genotyp und Phänotyp aufzuklären. Meist werden solche Untersuchungen dadurch erschwert, dass das primär betroffene Gewebe nicht zugänglich ist. Daher werden in diesem Projekt induzierte pluripotente Stammzellen (IPSZ) aus Fibroblasten mit einer Mutation die zu einer genetischen Form der Minderbegabung führt verwendet. Die IPSZ können zur Differenzierung in neuronale Zelltypen angeregt und die so gewonnenen Zellen auf genetische, morphologische, biochemische und elektrophysiologische Parameter hin untersucht werden. NGS Analysen erlauben das Erkennen von Unterschieden in Genexpression, Methylierungsstatus („MeDIP-Seq“ NGS-Methode) der DNA und/oder dem Bindungsverhalten ausgewählter Transkriptionsfaktoren zwischen Patienten- und Kontrollzellen. Bei NGS-basierten Experimenten sind Referenzmaterialien nötig, um valide und vergleichbare Aussagen zu treffen. Diese werden über eine Zusammenarbeit mit der Firma SensID generiert und bei den geplanten Experimenten zur Anwendung kommen.

Durch das Projekt wird es möglich molekulare Aspekte die spezifisch für neuronale oder andere Zelltypen, welche an den verschiedenen phänotypischen Aspekten beteiligt sind zu untersuchen. Dies erleichtert die Identifizierung von Faktoren, die für die Beeinträchtigung der Patienten verantwortlich sind, ermöglicht Rückschlüsse auf die molekularen Grundlagen kognitiver Fähigkeiten im Allgemeinen und birgt letztlich das Potenzial einen möglichen Therapieansatz zu identifizieren.

Dieses Projekt wurde anfänglich finanziert durch Mittel aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) über die TBI Technologie-Beratungs-Institut GmbH als Projektträger des Ministeriums für Wirtschaft, Arbeit und Gesundheit Mecklenburg-Vorpommern.

Natürlich vorkommende RNA-Modifikationen sind bereits seit langem bekannt, und die Ergebnisse einer wachsenden Zahl an Studien unterstreichen mehr und mehr die Bedeutung solcher Modifikationen für die Genexpression. Man weiß inzwischen, dass die Zelle einen erheblichen Anteil ihrer Resourcen für RNA-Modifikationen einsetzt. Auch scheint z.B.die Menge der genetischen Information mit Bezug auf tRNA-Modifikationen die Menge an eigentlichen tRNA-Genen bei weitem zu übersteigen. Darüber hinaus sind nicht nur die RNA-Modifikationen selbst, sondern auch die an deren Entstehung beteiligten Enzyme in einem hohen Maße evolutionär konserviert, was ihre Bedeutung zusätzlich unterstreicht. Es ist daher nicht verwunderlich, dass pathogene Mutationen in RNA-Modifikatoren schwerwiegende Folgen für den betroffenen Organismus nach sich ziehen können. Dabei ist der zugrundeliegende Mechanismus bisher nicht aufgeklärt. In diesem Projekt befassen wir uns mit der Untersuchung der Funktion solcher Enzyme, um deren Rolle im Rahmen der Ätiopathogenese genetisch bedingter kognitiver Störungen besser zu verstehen und damit Einblicke in die Bedeutung von tRNA-Modifikationen bei der Gehirnentwicklung zu erlangen. Hierfür verwenden wir ein Mausmodell und Zellmodelle wie z.B. eine permanente neuronale Zellline und/oder aus Patientenfibroblasten gewonnene bzw. mittels CRISPR/Cas9 genetisch modifizierte induziert pluripotente Stammzellen (iPSCs). Unsere experimentelle Strategie reicht von NGS-Anwendungen und molekularer Nukleinsäureanalytik bis hin zu Untersuchungen auf zellulärer Ebene. Unsere Forschung in diesem Bereich wird durch die deutsche Forschungsgemeinschaft DFG unterstützt. 

In einer vorangehenden Studie wurden mittels Next Generation Sequenzierung strahleninduzierte Mutations-Signaturen in der DNA bestrahlter primärer humaner Gingiva Fibroblasten untersucht. Die weiterführende bioinformatische Analyse hat u.a für spez. Chromosomen eine möglicherweise charakteristische intrachromosomale Verteilung der Mutationslast ergeben, was auf die potentielle Eignung der Mutationssignaturen als Biomarker für Strahlenexpositionen hinweist. Um dies überprüfen zu können, soll in dieser Studie die Spezifität der Strahlensignatur analysiert werden, indem sie mit Mutationssignaturen vergleichen wird, die durch andere Noxen wie z.B. UV-Strahlung oder Genotoxine ausgelöst werden. Konkret sollen Gingiva Fibroblasten mit UVB und Bleomycin behandelt, gesamtgenomisch sequenziert und mittels Bioinformatik die jeweilige Mutationssignatur bestimmt werden. Letztere werden dann mit der parallel erhobenen Strahlensignatur verglichen, um deren Eignung als Biomarker für eine Strahlenexposition beurteilen zu können.