KFO 326 - Male Germ Cells: from Genes to Function - P3: Differenzierung humaner Keimzellen: Ein Xeno-Organoid Ansatz

Grunddaten zu diesem Projekt

Beschreibung

Die männliche Determinierung von Primordialkeimzellen findet während der Morphogenese des Hodens statt. Zunächst umschließen Sertoli Zellen die Keimzellen. Ein erstes Zeichen der Bildung der Tubuli seminiferi ist die Aggregation der Sertoli Zellen. Die eingeschlossenen Keimzellen antworten mit den für männliche Keimzellen spezifischen Mustern von Expansion und Migration und zeigen transkriptionelle und epigenetische Veränderungen. Jetzt werden die Keimzellen als Gonozyten bezeichnet. In testikulären Organoiden enthaltene Mauskeimzellen zeigen eine sex-spezifische Differenzierung. Diese in vitro Methode stellt die testikuläre Mikroumgebung nach. Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines Xeno-Organoid Systems, bei dem Humanzellen die testikuläre Mikroumgebung der Ratte erfahren. Die frühesten Phasen der testikulären Morphogenese werden in Rattenfeten mittels digitaler Bildanalyse und Generierung von Computer-unterstützten 4D-Modellen der Tubulogenesestadien untersucht. Veränderungen der somatischen Zellen und die darauf folgende männliche Determinierung der Keimzellen werden mittels zellspezifischer Marker erfasst. Multispektrale Bildanalytik erlaubt die Beschreibung von Differenzierungsmustern. Quantitative Phänotypisierung funktioneller Parameter ermöglicht eine vollständige Beschreibung des Zusammenspiels von somatischen Zellen und Keimzellen. Die am intakten Hoden generierten Daten sind relevant für die Interpretation der Daten, die im zweiten Teil des Projekts gewonnen werden, welches einen Fokus auf die Analyse menschlicher Keimzellen legt. Humane embryonale Stammzellen und induzierte pluripotente Stammzellen sind am MPI vorhanden. Unter Einsatz etablierter Verfahren werden diese Zellen in vitro zu Keimzellvorläufern und Primordialkeimzellen differenziert. Alle drei Zelltypen werden mit Zellsuspensionen von immaturen Ratten ko-kultiviert. Wie wir in Vorstudien zeigen konnten, bilden diese Zellen testikuläre Organoide, die aus Samenkanälchen-ähnlichen Strukturen von spontan re-aggregierten Sertoli- und Peritubulärzellen bestehen. Zunächst werden valide und standardisierte Bedingungen für die Kultivierung von Humanzellen in Organoiden von immaturen Rattenhoden definiert. Dann untersuchen wir im Xeno-Organoid System die männliche Differenzierung der Keimzellen. Als Endpunkte werden Veränderungen der Zellmigration und Expansion sowie der Nachweis eines Markerpanels auf Transkriptom- und Epigenomebene herangezogen. Damit kann der Eintritt in den männlichen Differenzierungspfad nachgewiesen werden. Bei Anwendung unseres neuen Systems erwarten wir die Entdeckung bisher unverstandener Mechanismen der humanen Keimzelldifferenzierung sowie die Beschreibung neuer somatischer und Keimzellmarker während der Tubulogense. In Zukunft könnte das Xeno-Organoid System eine pathologische Phänotypisierung von humanen Keimzellen ermöglichen, die aus iPS Zellen von infertilen Männern abgeleitet wurden.