Forschung

Minerva Fast Track Group: Labor Guhathakurta

Wir kombinieren aus humanen Stammzellen abgeleitete Modelle der neuralen Differenzierung mit multi-omischen, biochemischen und Live-Imaging-Ansätzen, um Signalereignisse über subzelluläre Kompartimente hinweg in Echtzeit zu untersuchen. Dies ermöglicht es uns nachzuvollziehen, wie metabolische und hormonelle Signale wahrgenommen, weitergeleitet und in dauerhafte Veränderungen der Zellidentität und -funktion umgesetzt werden – von frühen neuroentwicklungsbiologischen Entscheidungen bis hin zum altersbedingten Abbau.

Unsere Projekte adressieren einander ergänzende Ebenen dieser Fragestellung, von der Biochemie einzelner Metabolit-Enzym-Interaktionen bis hin zur systemischen Analyse der Kommunikation zwischen Neuronen und Gliazellen. Dies spiegelt unsere Überzeugung wider, dass die Kontrolle des Zellschicksals nicht verstanden werden kann, wenn epigenetische, metabolische oder hormonelle Regulation isoliert betrachtet werden.

Projekt 1: Epigenetisches und metabolisches Zusammenspiel während der frühen Gehirnentwicklung

Das menschliche Gehirn ermöglicht höhere kognitive Funktionen, komplexe Informationsverarbeitung und flexibles Verhalten. Bei neuroentwicklungsbedingten Störungen wie ADHS, Autismus und Legasthenie können diese Fähigkeiten beeinträchtigt sein, was den Alltag erschwert. Viele dieser Störungen stehen im Zusammenhang mit einer veränderten frühen Gehirnentwicklung, in deren Verlauf die meisten neuroentwicklungsbiologischen Prozesse ablaufen. Ein zentrales Ereignis dieser Phase ist die Festlegung des Schicksals neuraler Stammzellen, bei der Vorläuferzellen „entscheiden", ob sie sich weiter teilen oder zu Neuronen, Oligodendrozyten oder Astrozyten differenzieren.

Uns interessiert besonders, wie Stoffwechsel und Epigenetik zusammenwirken, um diese Schicksalsentscheidungen zu regulieren. Der Stoffwechsel ist nicht nur eine Energiequelle, sondern beeinflusst auch den epigenetischen Zustand und damit die Genexpression während der Entwicklung. Genetische Studien haben zwar mitochondriale und metabolische Gene mit neuroentwicklungsbedingten Störungen in Verbindung gebracht, doch die zugrunde liegenden Mechanismen sind damit noch nicht geklärt.

Unser Labor untersucht, wie metabolische und mitochondriale Signalwege die epigenetische Regulation während der Neurogenese prägen. Durch das Verständnis dieses Zusammenspiels möchten wir grundlegende Prinzipien der Gehirnentwicklung aufdecken und Mechanismen identifizieren, die bei neuroentwicklungsbedingten Störungen gestört sein könnten.

Prerna Swarnim ist die Doktorandin, die dieses Projekt leitet, gefördert durch die IMPRS.

Projekt 2: Östrogenabhängige Mechanismen der Widerstandsfähigkeit von Gehirnzellen

Östrogen-Signalwege beeinflussen die Gehirnentwicklung, den zellulären Stoffwechsel und die Stressanpassung, doch die Mechanismen, mit denen sie schützende Zellzustände im menschlichen Gehirn formen, sind noch nicht vollständig verstanden. Dieses Projekt untersucht, wie östrogenabhängige Signalwege den Chromatinzustand, die mitochondriale Funktion und die Stressresilienz in humanen neuralen und glialen Zellen regulieren.

Anhand von aus humanen Stammzellen abgeleiteten Gehirnmodellen möchten wir klären, wie hormonelle Signale die Zellidentität, die metabolische Verschaltung und die Kommunikation zwischen Neuronen und Gliazellen beeinflussen. Durch die Integration molekularer und funktioneller Messgrößen soll das Projekt aufdecken, wie östrogenregulierte Mechanismen zur Widerstandsfähigkeit des Gehirns beitragen und wie deren Störung die Anfälligkeit im Alter und bei neurodegenerativen Erkrankungen erhöhen kann.

Dieses Projekt wird geleitet von Maria José Pérez J. PhD und gefördert durch das CIBSS und den Klaus Tschira Boost Fund.