Medical Scientist-Programm 2019

Thema: "Regulatorische Mastzellen in der Kontrolle des Immunsystems"

Zusammenfassung:
Mastzellen sind Zellen des angeborenen Immunsystems und können nach Aktivierung entzündliche Prozesse verstärken oder hemmen. Da funktionelle Unterpopulationen von Mastzellen bisher nur unzureichend definiert wurden, ist unklar, welche pro- und antiinflammatorische Effektorfunktionen von spezialisierten Mastzell-Subpopulationen ausgeübt werden. Wir haben herausgefunden, dass sich Mastzellen aufgrund ihrer Expression der hochaffinen α-Kette des Interleukin (IL)-2-Rezeptors (CD25) in stabile CD25+ oder CD25- Unterpopulationen einteilen lassen. IL-33, ein Zytokin, das als Alarmin Gewebeschäden signalisiert, konnte CD25 auf Mastzellen stabil und stark induzieren und dadurch eine dritte Unterpopulation hervorbringen (CD25++). Alle drei Mastzellpopulationen wiesen unterschiedliche Expressionsmuster von Transkriptionsfaktoren, Signaltransduktionsmolekülen und regulatorischen Micro-RNAs auf, was sich funktionell in ihrer Fähigkeit zur Induktion von immunregulatorischen T-Zellen (Tregs) widerspiegelte. Deshalb werden sie in diesem Antrag als regulatorische Mastzellen bezeichnet. Unser Ziel ist die experimentelle Charakterisierung der regulatorischen Mastzell-Subpopulationen und langfristig deren potentielle Anwendung in autologen Zelltherapien bei übermäßigen Entzündungsreaktionen.

Medical Scientist-Programm 2020

Thema: "Atypische Alpha-1-Adrenozeptoren und ihre Rolle in der zerebralen Autoregulation"

Zusammenfassung:
Das Gehirn ist als hochleistungsfähiges Organ auf eine optimale Blut- und Sauerstoffversorgung angewiesen. Bei einer empfindlichen Störung gewährleistet die zerebrale Autoregulation die Versorgung des Hirns. Ab einem  bestimmten Maß der Unterversorgung kommt diese zum Erliegen und Hirnschäden resultieren. Es wurde beobachtet, dass diese zuerst im zerebralen Kortex und erst später im Subkortex auftreten. Diese regionalen Unterschiede der zerebralen Autoregulationskapazität und deren Ursachen sollen über Alpha-1-adrenerge Rezeptoren (ADRA1) als die am häufigsten im Hirn vorkommenden adrenergen Rezeptoren untersucht werden. Beginnend von Blutgefäßen aus verschiedenen Organgen bzw. Hirnregionen des Schafes als menschenähnliches Tiermodell sollen ADRA1-Varianten erkannt und auf Sequenzebene charaktierisiert werden. Relevante Varianten sollen in Expressionsvektoren kloniert und in eukaryotische Zelllinien transfiziert werden, um mit Hilfe von Reporter-Assays die Liganden-vermittelte Aktivierung zu messen. Eine weitergehende Analyse der Relevanz der ADRA1-Varianten im Mausmodell ist geplant. Mit (einer) durch diese Arbeiten charaktierisierten atypischen ADRA1-Variante(n) soll anschließend ein bei der DFG aussichtsreiches Projekt formuliert werden.

Medical Scientist-Programm 2020

Thema: "Repurposing of atypical cell cycle activity in differentiated neurons for alternative DNA repair under CNS aging and neurodegeneration"

Zusammenfassung:
Still unresolved is the question of how differentiated neurons maintain genomic integrity over lifetime in spite of their exposure to high metabolically-induced oxidative stress levels, their non-replaced nature and the incompetence to utilize error-free homologous recombination for DNA double strand break repair. In continuation of our recent work, we address that differentiated neurons preserve a functional cell cycle machinery and activate atypical cell cycle events under stress conditions, as evidenced for CNS aging and neurodegeneration, in the context of DNA repair. In compliance to our observations that predominantly G1 phase is recapitulated, we introduce a model in which increased cyclin D1 levels of re-activated G1 facilitate a cyclin D1-RAD51/52-dependent DNA repair mechanism that is independent of sister chromatid templates, however, requires active transcription. Thus, atypical cell cycle might be repurposed with ambivalent functions, by inducing apoptosis at instance of fatal DNA damage, but rescuing the neuron in case of repairable genomic injury. Further studies will elucidate how far this mechanism can substitute for homologous recombination-mediated repair. In summary, we assume a yet unappreciated role of unscheduled cell cycle re-induction in DNA repair choice decisions that will assist neurons to preserve DNA integrity under genomic stress.

Advanced Medical Scientist-Programm 2019

Thema: "A novel pathway links caffeine effects with the circadian CLOCK system and mediates antidepressant action"

Laufzeit: 01.06.2019 - 31.05.2022

Zusammenfassung:
Circadian rhythm changes, reduced wakefulness and feelings of helplessness are symptoms of depression, the most common mental illness worldwide. Caffeine alters wakefulness and depression­symptoms, but the underlying mechanisms are poorly understood. We are presenting a novel pathway, which links caffeine with the circadian CLOCK pathway via the dopaminergic phosphoprotein DARPP-32 in the mouse striatum. Phospho-T75-DARPP-32 disrupts binding of the circadian regulators CLOCK and BMAL 1 to chromatin and thereby regulates gene expression. T75A-DARPP-32 mutant mice show diminished caffeine-induced antidepressant effects in the awake phase. Furthermore, T75A-mutants are more light-dependent in their activity. We propose to study gene expression changes, which underlie altered depression-like behaviors in T75A-DARPP-32 mutants: 1. Through RNA-sequencing we will determine global gene expression changes induced by the DARPP-32:CLOCK pathway. 2. Using virus-mediated gene transfer, we will establish causality between gene products and their antidepressant effects. 3. We will characterize molecular and behavioral consequences of changed light cycles on the T75-DARPP-32 pathway. 4. Viral constructs will be used to improve light-cycle adaptations in vivo. This study may identify novel antidepressant targets and help to understand how circadian and depression-like behaviors are connected.