FOR 2488, Teilprojekt: Identifizierung und Charakterisierung von Genen, die zu reduzierter Penetranz bei pink1-mutierten Fliegen führen

M. Parkinson-assoziierte Mutationen im pink1-Gen führen bei Drosophila zu einem bereits ausführlich charakterisierten Phänotyp mit Flugunfähigkeit und mitochondrialer Dysfunktion. In einer allgemeinen Drosophila-Population mit pink1-Mutationen sind rund 10 % der Fliegen flugfähig. Wir konnten jedoch beobachten, dass, wenn man die Nachkommen von unterschiedlichen Elternpaaren vergleicht, die Flugfähigkeit zwischen kleineren Subpopulationen stark variiert. Die meisten Elternpaare produzieren Nachkommen mit einer Flugfähigkeit, die mit der der allgemeinen Population von pink1-mutierten Fliegen vergleichbar ist. Die Nachkommen einiger Elternpaare allerdings zeigten eine verbesserte Flugfähigkeit von bis zu 40 %. Eine mögliche Erklärung für diese Ergebnisse ist der Einfluss von genetischen Varianten, die die Penetranz des Phänotyps bei Pink1-mutierten Fliegen reduzieren. Das Projekt P3 soll die Modifikatoren für reduzierte Penetranz identifizieren und den zugrunde liegenden Mechanismus entschlüsseln. Mit den jeweils genetisch identischen Nachkommen eines jeden pink1-mutierten Elternpaares sollen zu diesem Zweck Fliegenstocks generiert werden, welche sich untereinander genetisch und in ihren Flugfähigkeiten unterscheiden. Anschließend werden die 10 Fliegenstocks, die die beste bzw. schlechteste Flugfähigkeit besitzen mittels Flugtests identifiziert (Zielsetzung 1). Anschließend werden beide Gruppen mit den Next-Generation-Sequenziertechniken Whole-Genome- und Transkriptom-Sequenzierung analysiert, um Varianten, Gene und differentielle Genexpressionen zu identifizieren, die Einfluss auf die Flugfähigkeit haben (Zielsetzung 2). Um den Mechanismus für reduzierte Penetranz zu entschlüsseln, werden die identifizierten Varianten schließlich in Fliegen und in aus humanen induzierten pluripotenten Stammzellen differenzierten dopaminergen Neuronen (in P2 generiert) getestet (Zielsetzung 3). Hierzu wird der potenzielle Effekt jeder Variante auf die mitochondriale Funktion und den Dopaminspiegel der Pink1-defizienten Fliegen untersucht. Außerdem sollen mit Überexpressions- und Knock-Down-Experimenten molekulare Signalwege analysiert werden, die zur reduzierten Penetranz bei den untersuchten pink1-mutierten Fliegen führen. Weiterhin werden ausgesuchte Kandidatengene aus dem ProtectMove-Konsortium mittels der aktuellen Technik in der Genomforschung, CRISPR/Cas9, validiert. Die beiden Projektleiter sind zwei junge, erfolgreiche Wissenschaftler, die trotz noch relativ kurzer Karrieren bereits sehr erfahren in dem in P3 geforderten Methodenspektrum sind, das über P3 hinaus der gesamten Forschergruppe zur Verfügung steht.