Molekulare Neurogenetik

Wir modellieren das genetische Spektrum, das bei GBM verändert ist in menschlichen iPSC-abgeleiteten Organoiden, um mit deren Hilfe die genetische Heterogenität bei GBM analysieren zu können. Unter Verwendung von CRISPR/Cas9 haben wir ein Spektrum von Mutationskombinationen in menschlichen iPSC generiert (Pten, Trp53, Cdkn2a, Cdkn2b, Nf1, Rb1, Egfr, Tert usw.), die nach aktuellem Stand der Forschung die am häufigsten mutierten Gene in menschlichem GBM sind (McLendon et al., 2008). Aus diesen Zellen konnten wir GBM-Organoide induzieren (LEGO: Laboratory Engineered Glioma Organoid), die die wichtigsten molekularen Merkmale des menschlichen GBM rekapitulieren. Wir verwenden diese LEGO-Modelle, um die Wechselwirkung zwischen genetischer Heterogenität und funktioneller Heterogenität bei GBM zu analysieren. Es werden auch Arzneimittelscreenings durchgeführt, um eine Genotyp- basierte Arzneimittelreferenz für die personalisierte Behandlung von GBM aufzubauen.

Mit unserem IPTO (individualisiertes, von Patienten abgeleitetes Tumororganoid) haben wir ein schnelles, effizientes und komplexes Kultursystem entwickelt, das die zelluläre Vielfalt und molekulare Heterogenität menschlicher Hirntumoren erhält. Von Patienten stammende Tumorexplantate werden in iPSC-abgeleitete zerebrale Organoide implantiert und somit als Hybridorganoid weiter kultiviert. Dieses Verfahren ermöglicht uns die Erstellung einer Organoidbank, die Material von mehreren hundert Patiententumoren enthält. Wir haben gezeigt, dass dieses Modell alle getesteten Tumoren des zentralen Nervensystems beherbergen kann, einschließlich Hirnmetastasen. Histologie, Epigenom und scRNA-seq-Analyse haben gezeigt, dass das IPTO-Modell die molekularen und zellulären Merkmale der elterlichen Tumore genau beibehält. Am wichtigsten ist, dass wir in einer perspektivischen klinischen Studie zeigen konnten, dass das IPTO-Modell die Arzneimittelreaktion des Patienten vorhersagt. Es stellt damit einen großen Durchbruch in der vorklinischen Modellierung menschlicher Krebserkrankungen dar, der einen klaren Weg hin zu einer personalisierten Therapie von Hirntumoren weist. Die derzeitigen Arbeiten im Labor umfassen die Verwendung von IPTO für die Vorhersage des Ansprechens von Patienten und die Entdeckung und Validierung von Zielen.

Wir haben eine Reihe von Mausmodellen und menschlichen Organoidmodellen generiert, die es uns ermöglichen, die Genexpression in neuralen Stammzellen (NSC) und Hirntumor-Stammzellen präzise zu manipulieren. In diesem Projekt widmen wir uns der Frage, auf welche Weise die dynamische Transkriptionsregulierung an der Konfiguration der Zell -identität, -aktivität und des Schicksals von NSCs beteiligt ist. Wir analysieren systematisch die Rolle essentieller Transkriptionsfaktoren und Chromatinregulatoren in der Neurogenese, um die molekularen Prinzipien der Zellidentitätsbestimmung zu eruieren. Insbesondere interessieren wir uns für die Untersuchung von Transkriptionsregulatoren wie Nr2e1 und Chd7, die bei menschlichen neurologischen Erkrankungen und Hirntumoren mutiert sind.