Verständnis der Mechanismen der synaptischen Degeneration, die den klinischen Symptomen bei Patienten mit MDs und NDs zugrunde liegen.

Diese Studie wird:

1. RNA-Sequenzierung von postmortalen Synapsen aus dem präfrontalen Kortex von Patienten mit Schizophrenie oder frontotemporaler Demenz und unbeeinträchtigten Kontrollen durchführen. Die Daten werden mit bereits verfügbaren RNA-Sequenzierungsdaten aus etablierten iPSC-Klonen von Schizophrenie- oder Verhaltensvariante frontotemporaler Demenz-Patienten und unbeeinträchtigten Kontrollen kombiniert. Die postmortalen frontotemporalen Demenz-Proben wurden bereits in einer früheren Studie hinsichtlich der Pathologie des Frontalkortex charakterisiert, und Daten aus der RNA-Sequenzierung von Homogenaten stehen zum Vergleich zur Verfügung. Der präfrontale Kortex wurde als eine Kernregion identifiziert, die bei psychischen und neurodegenerativen Erkrankungen betroffen ist, was ihn zur perfekten Region macht, um gemeinsame molekulare Treiber der Synapsenfunktionsstörung zu bestimmen. Eine Pathway-Analyse des RNA-Sequenzierungsdatensatzes wird durchgeführt, um biologische Pathways oder einzelne Gene zu identifizieren, die in den postmortalen Proben und iPSC-Linien jeder Erkrankung dereguliert sind. Insgesamt 3 Gene, die zwischen den postmortalen und iPSC-Datensätzen konvergieren, werden für das Gene-Editing ausgewählt. Jedes Gen wird mittels CRISPR/Cas9 in einer ausgewählten Schizophrenie-Elternlinie und einer ausgewählten frontotemporalen Demenz-Elternlinie repariert. Die Auswirkungen der induzierten transkriptionellen Veränderungen auf funktionelle und synaptische Morphologie-Phänotypen in Neuronenkulturen jeder geneditierten Linie werden mit der jeweiligen Elternlinie und mit Linien von 3 gesunden Kontrollen verglichen. Eine Rettung der Krankheitsphänotypen wird erwartet, sodass die reparierte editierten Linie eine Aktivität und synaptische Morphologie zeigt, die mit den gesunden Kontrolllinien vergleichbar und von der uneditierten Elternlinie verschieden ist. Alle Experimente werden 3 biologische Replikate umfassen, was die Gesamtzahl der Analysen auf 420 erhöht. Die Studie wird auch die Rolle der Mikroglia auf neuronale Defizite in iPSC-abgeleiteten Neuronen aus den 20 verfügbaren Klonen von Patienten mit Schizophrenie oder Verhaltensvariante frontotemporaler Demenz bestimmen, indem sie die elektrophysiologische Aktivität und Synapsenmorphologie in reinen iPSC-abgeleiteten Neuronenkulturen mit denen in iPSC-abgeleiteten Neuronen vergleicht, die mit aus denselben Klonen differenzierten iPSC-abgeleiteten Mikroglia kokultiviert wurden.
2. die molekulare Zusammensetzung von postmortalen Synapsen aus dem präfrontalen Kortex über 3 psychische Erkrankungen (Major Depression, bipolare Störung und Schizophrenie) vergleichen und durch Pathway-Analysen differentiell exprimierte Proteine und dysfunktionale Proteinnetzwerke identifizieren. Um die potenziellen Auswirkungen von Psychopharmaka auf synaptische Proteome zu bestimmen, wird die Studie die Konzentrationen von >200 psychoaktiven Medikamenten und Metaboliten sowohl in Blut- als auch in Kleinhirn-postmortalen Proben derselben Spender quantifizieren und die Korrelation mit den differentiell exprimierten Proteinen bestimmen. Während Blutanalysen Informationen über zum Todeszeitpunkt vorhandene Medikamente liefern, dienen toxikologische Daten im Hirngewebe, das Medikamente über Wochen oder sogar Monate nach der letzten Einnahme akkumuliert, als besserer Indikator für die Therapietreue der Probanden. Gruppen größer als 15 Probanden werden für proteomische Studien wie diese empfohlen. Jeder Proband wurde mit einem Kontrollprobanden gepaart, der Geschlecht, Alter und postmortales Intervall abgleicht und laut medizinischer Unterlagen keine Anzeichen für psychiatrische oder neurologische Erkrankungen aufweist.
3. den Synapsenverlust in Hirnregionen, von denen gezeigt wurde, dass sie mit reduzierten Volumina bei psychischen und neurodegenerativen Erkrankungen bei postmortalen Patienten assoziiert sind, quantifizieren und vergleichen. Konkret wird die Studie die Synapsendichte im präfrontalen Kortex, Hippocampus und Striatum von Patienten mit Major Depression, bipolarer Störung, Schizophrenie, Alzheimer-Krankheit, frontotemporaler Demenz mit alters- und geschlechtsangepassten unbeeinträchtigten Kontrollen vergleichen.