Onderzoek Renzo Mancuso

Abstract

ABCA7 is een van de belangrijkste risicogenen voor de ziekte van Alzheimer (AD). De ATP-bindende cassette (ABC) transporter, subfamilie A lid 7 (ABCA7) is een van de belangrijkste risicofactoren voor AD. Er zijn veel schadelijke varianten gerapporteerd voor ABCA7, waardoor de expressie afneemt, wat suggereert dat een algemeen verlies van functie (LOF) ten grondslag ligt aan het genetische risico. Gerichte resequencingstudies toonden aan dat zeldzame eiwittruncerende (PTC) en missense-varianten de gevoeligheid voor AD veranderen (odds ratio (OR) = 2,6). Daarnaast werden andere mutaties geïdentificeerd, zoals een intronische pathogene herhalingsuitbreiding die de expressie van ABCA7 verlaagt en het risico op AD sterk verhoogt (OR = 4,5). Gezien het feit dat één APOE4 allel een OR van 4-5 oplevert en TREM2 geassocieerd is met een OR tussen 2-4, is het risico geassocieerd met ABCA7 pathogene varianten zeer hoog. Dit brengt ABCA7 naar voren als een belangrijke speler in de pathogenese van AD. Onze voorlopige gegevens laten zien dat ABCA7-deficiëntie de transitie van humane microglia naar een activatietoestand belemmert en een sterke invloed heeft op de fagocytische en endolysosomale functie, zowel in vitro als in vivo. Hier willen we de rol van ABCA7 in de endolysosomale biologie van microglia volledig ontleden, zowel in vitro als in vivo. We zijn van plan om een stap verder te gaan en een systematische aanpak te gebruiken, waarbij we de impact van ABCA7 deficiëntie zullen onderzoeken op alle niveaus van het endolysosomale systeem, beginnend bij het effect van lipide microdomeinen en de beschikbaarheid van receptoren in het plasmamembraan, en naar de intracellulaire endolysosomale functie en trafficking. We zullen ook het eiwit interactoom van ABCA7 in vivo onderzoeken met behulp van een unieke 3xFlag-ABCA7 iPSC lijn om potentiële effectoren downstream ABCA7 deficiëntie te bepalen die ten grondslag zouden kunnen liggen aan functionele veranderingen en gericht zouden kunnen worden om ziekte te verbeteren. We zullen niet alleen het onderliggende mechanisme van een van de sterkst risicoverhogende AD-varianten onderzoeken, maar we geloven ook dat de nieuwe inzichten die uit dit onderzoek voortkomen van onschatbare waarde zullen zijn voor het begrijpen van de algemene rol van microglia in AD, en dus voor de ontwikkeling van nieuwe therapeutische strategieën, zowel in als buiten ABCA7-gerelateerde achtergronden.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Mancuso Renzo

Onderzoeksgroep(en)

• VIB CMN - Microglia en ontsteking bij neurologische aandoeningen

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Microglia zijn de residente immuuncellen van de hersenen en dragen bij aan een breed scala aan cellulaire processen op het gebied van homeostase en ziekte. Ze spelen een belangrijke rol in de pathogenese van de ziekte van Alzheimer (AD), de belangrijkste orzaak van dementie en een belangrijke oorzaak van overlijden bij ouderen. Microglia hebben een nauwe interactie met neuronen en oduleren hun functie met een hoge regionale specificiteit, waardoor ze ontstaan mogelijke boosdoeners achter de neuronale schade bij AD. Maar hoe microglia en neuronen precies met elkaar omgaan en communiceren, en hoe deze interacties veranderen bij ziekte is niet bekend. Ik veronderstel dat een vroeg kenmerk van AD de veranderende interacties zijn tussen microglia en aangrenzende cellen zoals neuronen, wat bijdraagt aan de voortgang van de ziekte en uiteindelijk resulteert in synaptisch en neuronaal verlies. Ik ga dit testen in menselijke microglia door gebruik te maken van een uniek menselijk xenotransplantatiemodel, waarbij ik menselijke PSC-afgeleide microgliale voorlopercellen transplanteren in de cortex van gezonde en APP-NLGF-muizen; microglia zal een mens verwerven transcriptionele en morfologische signatuur, in vivo. RABID-seq gebruiken om microglia-centrische interacties met eencellige cellen te traceren resolutie, gecombineerd met 10X Genomics, zal ik de interacties van verschillende subsets van microglia en neuronen nauwkeurig in kaart brengen, om bepalen homeostatische moleculaire netwerken en hoe cel-tot-cel-communicatie wordt veranderd in de vroege stadia van AD. Uiteindelijk dit zal mij in staat stellen specifieke moleculaire routes te identificeren die kunnen worden gemanipuleerd om een gunstige functie in microglia te ondersteunen het blokkeren van schadelijke effecten, om neuronen te beschermen en ziekten te stoppen. Gegeven dat microglia betrokken zijn bij meerdere neurodegeneratieve ziekten ziekten, zal het eindelijk begrijpen van de manier waarop ze interageren met andere cellen van het centrale zenuwstelsel een waardevolle hulpbron zijn voor de grotere neurowetenschappen gemeenschap op het gebied van ontwikkeling, veroudering en ziekte.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Mancuso Renzo
• Mandaathouder: Mohebiany Alma Nazlie

Onderzoeksgroep(en)

• VIB CMN - Microglia en ontsteking bij neurologische aandoeningen

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De ziekte van Alzheimer (AD) is een complexe neurodegeneratieve ziekte gekenmerkt door de accumulatie van bèta-amyloïd plaques, intracellulaire tau, een verlies aan neuronen, astrogliose en inflammatie. Microglia zijn al gekend als de kern van deze inflammatie, maar dit doen ze niet alleen Geactiveerde microglia veroorzaken in astrocyten het reactieve A1 fenotype, wat wijst op een gecoördineerde multi cellulaire response. In dit project zal ik aan de hand van single-cell RNA-sequencing de microglia-astrocyt communicatie in kaart brengen, om finaal een ziekte geassocieerde veranderingen in communicatie vast te stellen. Ik zal gebruik maken van AD muis modellen waarbij ik 1) het astrocyt transcriptoom zal bestuderen zowel in de aanwezigheid van muis en humane microglia en na farmacologische behandeling met PLX3397 om de microglia te verwijderen. 2) Ik zal fysieke interactie bestuderen aan de hand van RABID-seq en single-cell multiomics. Hierbij zal ik patronen van fysieke interactie van microglia en astrocyten in kaar brengen. 3) Ik zal een grote dataset hebben opgebouwd met microglia-astrocyt interactiepatronen die ik zal valideren in humaan weefsel. Dit biologisch en computationeel kader om cel-cel interactie te bestuderen is uniek en zal cruciaal zijn om de moleculaire basis van cellulaire fenotypes te begrijpen. Finaal zal dit onderzoek nieuw licht schijnen op het ziekte mechanisme van AD en potentieel nieuwe therapieën.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Mancuso Renzo
• Mandaathouder: Bijnens Baukje

Onderzoeksgroep(en)

• VIB CMN - Microglia en ontsteking bij neurologische aandoeningen

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

TMEM106B haplotypes zijn geïdentificeerd als risicofactoren voor neurodegeneratieve ziekten zoals Frontotemporale Lobaire Degeneratie met TDP-43 aggregaten (FTLD-TDP) en de ziekte van Alzheimer (AD) en gezonde veroudering, wat suggereert dat zij de kwetsbaarheid van neuronen bepalen. Deze haplotypes reguleren de expressie van TMEM106B, een lysosomaal type II transmembraan eiwit, waarbij het risico haplotype zorgt voor een lichte toename van de expressie. In dit project veronderstel ik dat subtiele veranderingen in TMEM106B expressie de neuronale fitness bepalen door de lysosomale fysiologie te ontregelen. Om dit te bestuderen zal ik isogene PSC-afgeleide corticale neuronen genereren met verschillende TMEM106B expressieniveaus: een volledige knock-out (TMEM106B-/-) en een induceerbare-reversibele overexpressie (TMEM106BOE) model. Deze zullen getransplanteerd worden in de hersenen van AppNL-G-F en Grn-/- muizen als modellen van AD en FTLD-TDP, om te analyseren hoe een neurodegeneratieve omgeving de neuronen op een TMEM106B expressie-afhankelijke manier beïnvloedt. Ten slotte zal ik diepgaande karakterisering uitvoeren van de lysosomen in deze neuronen en deze resultaten valideren in de getransplanteerde hersenen. Dit project beoogt licht te werpen op het moleculaire mechanisme waarmee TMEM106B-expressie de kwetsbaarheid van neuronen regelt door de integratie van informatie gerelateerd aan neuropathologie en lysosomale dysfunctie in de getransplanteerde neuronen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Rademakers Rosa
• Co-promotor: Mancuso Renzo
• Mandaathouder: Lastra Osua Miranda

Onderzoeksgroep(en)

• VIB CMN - Toegepaste en Translationele Neurogenomica

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De ziekte van Alzheimer (AD) is een neurodegeneratieve aandoening gekenmerkt door extracellulaire amyloïde bèta (A?) ophoping en intracellulaire tau-tangles. Het is de meest voorkomende vorm van dementie, de vijfde belangrijkste doodsoorzaak en een enorme maatschappelijke en economische last. Effectieve geneesmiddelen zijn beperkt. Klinische proeven voor AD zijn gericht op het verwijderen van A?, het ziekteveroorzakende eiwit volgens de "amyloïde cascadehypothese". Ze houden echter geen rekening met microglia, de immuuncellen van de hersenen. Microglia zijn belangrijke spelers in de "cellulaire fase theorie", die stelt dat A? weliswaar fungeert als initiële trigger, maar dat cellulaire veranderingen tot ziekte leiden. Ik zal beide theorieën combineren in een nieuw paradigma, geïnspireerd op de beloftevolle CAR-T kankerbehandeling, en een CAR-microglia-systeem ontwikkelen voor AD. Ik zal een CRISPR-Cas KO screening uitvoeren gekoppeld aan A? fagocytose assays om het interactoom tussen A? en microglia te bestuderen. Hits die leiden tot veranderde A? fagocytose zal ik gebruiken om CAR-microglia met hoge affiniteit voor A? te ontwikkelen. Ik zal de efficiëntie van deze cellen in het verwijderen van A? testen met een gehumaniseerd AD muismodel. Tenslotte zal ik de meest succesvolle CAR-microglia testen met amyloid-PET beeldvorming en CSF analyse. Dit project zal nieuwe inzichten geven in het A?-microglia interactoom en kan een nieuwe therapeutische aanpak voor AD opleveren.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Mancuso Renzo
• Mandaathouder: Jutz Lena

Onderzoeksgroep(en)

• VIB CMN - Microglia en ontsteking bij neurologische aandoeningen

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Gentherapie biedt nieuwe mogelijkheden om tot efficiënte therapeutische oplossingen te komen voor veel onbehandelbare ziekten. Maar, ondanks recente wetenschappelijke vooruitgang en interesse vanuit de industrie, is het een uitdaging om nieuwe producten voor gentherapie op de markt te brengen. Belangrijke oorzaken hiervoor zijn de veiligheid, efficiëntie, en off-target effecten, op hun beurt veroorzaakt door te lage specificiteit of te lage expressie van het transgen. Het ontwerp van optimale enhancers, die expressieniveaus kunnen regelen in specifieke celtypes, kan een oplossing bieden voor deze problemen. In dit project willen we nieuwe computationele en experimentele tools ontwikkelen, en ze vervolgens combineren in een pipeline, om enhancers te ontwerpen voor complexe weefsels. De pipeline zal gebruik maken van single-cell multi-omics, inferentie van gen-regulatorische netwerken (GRN), en deep learning. Vervolgens zullen we deze pipeline aanwenden om enhancers te identificeren voor drie gekozen celtypes in de hersenen die relevant zijn voor gentherapie. Hiervoor zullen we: 1) hersenweefsel van muis en mens analyseren met single-cell multi-omics; 2) unieke regulatorische regio's selecteren voor elk celtype, en deze gebruiken voor het trainen van enhancer-modellen; 3) enhanceractiviteit en -specificiteit experimenteel valideren met nieuwe high-throughput-technieken. Als case study zullen we de klinische relevantie van microglia enhancers voor de ziekte van Alzheimer testen. In parallel gebruiken we onze AI modellen voor enhancers en GRNs, om genomische variatie te interpreteren en prioriteren, om de diagnose, prognose en risicopredictie voor neurodegeneratie te verbeteren. Ons project zal leiden tot licentieerbare enhancers, software tools, en diagnostische AI modellen, en zal demonstreren dat we specifieke enhancers kunnen interpreteren en genereren voor eender welk celtype, welke toepassingen kunnen hebben in een brede waaier aan ziekten.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Mancuso Renzo

Onderzoeksgroep(en)

• VIB CMN - Microglia en ontsteking bij neurologische aandoeningen

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Microglia spelen een centrale rol bij de ziekte van Alzheimer (AD). Het is nog niet duidelijk via welke mechanismen ze leiden tot neuronale veranderingen. In gezonde hersenen scheiden microglia trofische moleculen af die de hersenhomeostase in stand houden. Bij activering geven ze oplosbare factoren af die neuronale disfunctie en degeneratie induceren. Zo kunnen bijvoorbeeld tau-pathologie en celdood worden geïnduceerd door microglia-ontstekingscytokinen. Van microglia afgeleide moleculen worden ook gevonden in de cerebrospinale vloeistof van AD patiënten en correleren met ziekteprogressie en uitkomst. We willen een cruciaal aspect van microglia biologie - de afscheiding van oplosbare factoren die AD induceren of er aan bijdragen - in vivo onderzoeken. We zullen gebruik maken van ons xenotransplantatiemodel voor humane microglia, in combinatie met geavanceerde strategieën voor proximity labelling om afgescheiden moleculen specifiek en efficiënt te labelen en te poolen. We verwachten het specifieke secretoom van microglia in AD te kunnen definiëren en nieuwe therapeutische doelen en biomarkers voor AD te kunnen ontwikkelen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Mancuso Renzo

Onderzoeksgroep(en)

• VIB CMN - Microglia en ontsteking bij neurologische aandoeningen

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In de meest recente meta-analyse van genoomwijde associatiestudies naar de ziekte van Alzheimer (AD) door Sleegers Lab en medewerkers werden 39 bekende en 44 nieuwe varianten gerapporteerd met significante genoomwijde signalen. Pathway- en single cell enrichment analyses wijzen naar microglia als de belangrijkste verantwoordelijke voor dit genetische risico. Geen van deze risicofactoren - zelfs APOE e4 niet - kan echter alleen de ontwikkeling van AD verklaren. We stelden de hypothese dat onbekende combinaties van deze varianten de invloed van APOE e4 significant kunnen veranderen en het potentieel hebben om AD patiënten en controles beter te stratificeren. Om deze hypothese te testen gebruikten we, als proof of concept, eerst multifactoriële dimensionaliteitsreductie en logistische regressie over het AD-Belgisch-Vlaamse Cohort om te zoeken naar de mogelijke combinaties (combo's) van 85 genetische risicofactoren. De voorlopige analyse identificeerde talrijke statistisch significante combinaties met een hoog risico, samengesteld uit APOE e4 en genetische factoren met een laag risico. In dit project willen we deze combinaties valideren in een groter cohort en functioneel bewijs leveren om deze genetische combo's te koppelen aan microgliale functionele veranderingenHiertoe voeren we momenteel dezelfde pijplijn uit in het grootste Europese cohort van AD-patiënten, het European AD Biobank consortium, waar we tegelijkertijd verschillende klinische parameters zullen correleren met de aanwezigheid van de beschreven combo's. Om de in silico analyse te valideren vanuit een functioneel perspectief, zullen we geavanceerde CRISPR technologie gebruiken om A) het effect van de top 3 combo's in menselijke microglia te recapituleren door multiplex gen editing en B) de bewerkte microglia te xenotransplanteren in de hersenen van AD-achtige muizen volgens het MIGRATE protocol dat onlangs is gepubliceerd door het Mancuso Lab. Wij geloven dat de unieke combinatie van op GWAS gebaseerde significante combinaties met xenotransplantatietechnologie voor microglia ons een manier biedt om dieper dan ooit tevoren in de complexe genetische etiologie van de ziekte van Alzheimer te kijken, nieuwe genetische interacties met APOE in kaart te brengen en in vivo fenotypische veranderingen in de hersenen van AD-achtige muizen te onderzoeken.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Mancuso Renzo
• Co-promotor: Sleegers Kristel

Onderzoeksgroep(en)

• VIB CMN - Microglia en ontsteking bij neurologische aandoeningen

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Patiënten met de ziekte van Alzheimer (AD) verliezen hun neuronen en synapsen, gevolgd door hun geheugen, cognitie en greep op de werkelijkheid. Microglia, de immuuncellen van de hersenen en mediatoren van neuro-inflammatie, elimineren synapsen tijdens de ontwikkeling en zouden een sleutelrol kunnen spelen in het synaptische verlies dat wordt waargenomen bij AD. Veel AD-risicogenen zijn gekoppeld aan de functie van microglia of komen sterk tot expressie in microglia, en microglia reageren op en worden geactiveerd door de extracellulaire Amyloid-ß (Aß) plaques die kenmerkend zijn voor AD-hersenen. Echter, hoe microglia moleculair interageren met neuronen en synapsen, en hoe deze interacties worden beïnvloed in AD, wordt slecht begrepen, deels omdat onze kennis over microglia grotendeels gebaseerd is op knaagdiermodellen, die de rol van humane microglia in AD niet accuraat weergeven. Wij veronderstellen dat menselijke microglia interacties hebben met synapsen via specifieke ligand-receptorparen, en dat veranderingen in deze interacties een integraal onderdeel zijn van de synaptische pathologie die wordt waargenomen in AD. Hier zullen we gebruik maken van een nieuw xenotransplantatiemodel in combinatie met split-TurboID proximity labeling om de eiwitten te identificeren die de interacties van humane microglia met synapsen mediëren en om te bepalen hoe deze interacties beïnvloed worden door AD pathologie. Om dit te bereiken combineren we de complementaire expertise van twee labo's: het Mancuso lab (VIB-UAntwerpen), dat gespecialiseerd is in microglia functie en pionier was in menselijke microglia xenotransplantatie in muizenhersenen; en het De Wit lab (VIB-KU Leuven), dat gespecialiseerd is in synaptische biologie en geavanceerde proteomische analyse van cel-cel interacties bij synapsen. We zullen onze hypothese in twee hoofddoelen aanpakken: Doel 1) het identificeren van interacterende eiwitten op menselijke microglia-synaps contactplaatsen, en bepalen hoe deze interacties veranderen door AD pathologie; Doel 2) bepalen welke van deze eiwitten overmatig synaptisch verlies mediëren in een muismodel van AD. Met deze aanpak willen we de moleculaire aard van humane microglia-synaps interacties in vivo in kaart brengen, wat nog niet eerder is gedaan, en nieuwe inzichten genereren in hoe AD pathologie deze interacties verandert. Ons doel is om nieuwe potentiële behandelingsdoelen voor AD te ontdekken. Bovendien kunnen onze bevindingen over menselijke microglia-synaps interacties relevant zijn in een bredere context, aangezien microglia betrokken zijn bij een reeks van neurodegeneratieve ziekten, evenals psychiatrische aandoeningen zoals schizofrenie of autismespectrumstoornissen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Mancuso Renzo

Onderzoeksgroep(en)

• VIB CMN - Microglia en ontsteking bij neurologische aandoeningen

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Gentherapie biedt nieuwe mogelijkheden om tot efficiënte therapeutische oplossingen te komen voor veel onbehandelbare ziekten. Echter, ondanks recente wetenschappelijke vooruitgang en interesse vanuit de industrie, is het een uitdaging om nieuwe producten voor gentherapie op de markt te brengen. Belangrijke oorzaken hiervoor zijn de veiligheid, efficiëntie, en off-target effecten, op hun beurt veroorzaakt door te lage specificiteit of te lage expressie van het transgen. Het ontwerp van optimale enhancers kan een oplossing bieden voor deze problemen. Ons voorstel heeft als doel nieuwe computationele en experimentele tools te ontwikkelen, en ze vervolgens te combineren in een pipeline, om enhancers te identificeren voor complexe weefsels. De pipeline zal gebruik maken van single-cell multi- omics en van 'deep learning'. Vervolgens zullen we deze pipeline aanwenden om enhancers te identificeren voor drie gekozen celtypes in de hersenen die relevant zijn voor gentherapie, namelijk corticale neuronen, dopaminerge neuronen, en microglia. Hiervoor zullen we: (i) hersenweefsel van muis en mens analyseren met single-cell multi-omics; (ii) unieke regulatorische regio's selecteren voor elk celtype, en deze gebruiken voor het trainen van enhancer-modellen; (iii) enhancer- activiteit en -specificiteit experimenteel valideren met nieuwe hogedoorvoer-technieken. In parallel gebruiken we AI-modellen om synthetische sequenties te genereren met verhoogde specificiteit en activiteit. Tot slot zullen we microglia als case study gebruiken voor de klinische translatie in de ziekte van Alzheimer (AD). Via transplantatie van menselijke microglia naar muizenhersenen zullen we onze geoptimaliseerde enhancers gebruiken om de expressie van het gen APOE te onderdrukken, zowel in normale hersenen als in AD-hersenen. Onze aanpak moet demonstreren dat we specifieke enhancers kunnen genereren voor eender welk celtype, en zou ons enhancers moeten opleveren die we kunnen licentiëren. Valorisatieplan: 1. Een kant-en-klare bibliotheek van gepatenteerde, doeltreffende, compacte, synthetische enhancers die transgene expressie aandrijven van (1) exciterende corticale neuronen; (2) dopaminerge neuronen; of (3) microglia. Licentiehouders krijgen de optie om i) deze enhancers te testen op hun eigen systemen of ii) samen te werken met uitgekozen consortiumpartners om de enhancers af te stellen op hun specifieke noden. 2. Een volledig geïntegreerd en gevalideerd EnhancerDesign platform, aangedreven door een innovatieve combinatie van single-cell analyse, massief-parallelle screening assays en een verzameling verbeterde AI-gebaseerde bioinformatica-tools. Hoewel het EnhancerDesign platform kan toegepast worden op alle soorten cellen/weefsels, focussen wij op neuronale celtypes om volgende redenen: 1. Deze cellen zijn gelinkt aan neurodegeneratieve ziekten met een hoge medische noodzaak en een groot marktpotentieel; 2. Het centraal zenuwstelzel is het weefsel met de hoogste cellulaire diversiteit (i.e. een ambitieuze toepassing om de EnhancerDesign pipeline op te valideren) en 3. Onze timing ligt in lijn met toenemende interesse van biotech en farma-bedrijven in gentherapie voor het centrale zenuwstelsel. Een licentie-strategie gebaseerd op non-exclusieve toegang tot het technologische platform en de resulterende enhancers heeft de voorkeur. Wanneer grote co-ontwikkelingen exclusiviteit vereisen, is een exclusieve licentie binnen dat onderzoeksgebied, gedefinieerd door (1) het therapeutische gen dat de gentherapie tracht te leveren met het doel (2) een specifieke ziekte te behandelen, een mogelijke optie.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Mancuso Renzo

Onderzoeksgroep(en)

• VIB CMN - Microglia en ontsteking bij neurologische aandoeningen

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In de recente meta-analyse van genome wijde associatie studies naar de ziekte van Alzheimer (AD) door het Sleegers Lab, werden 39 bekende en 44 nieuwe varianten gerapporteerd met significante genoom-brede signalen. Op basis van pathway en single cell analyses worden microglia aangeduid als de belangrijkste veroorzakers van dit genetisch risico. Echter, geen enkel van deze risicofactoren alleen kan de ontwikkeling van AD verklaren. Mijn hypothese is dat AD patiënten en controles te onderscheiden zijn op basis van nog onbekend combinaties van varianten. Om deze hypothese te testen, gebruikte ik multifactor dimensionaliteitsreductie en logistische regressie op de AD-Belgisch-Vlaamse Cohort om mogelijke combinaties van 85 genetische risicofactoren te onderzoeken. Intussen werden talrijke statistisch significante combinaties met hoog risico geidentificeerd, voornamelijk bestaande uit APOE ?4 en laag risico factoren. Ter validatie, zal ikdeze analyse herhalen op de grootste Europese cohort van AD patiënten, het European AD Biobank consortium, waarbij klinische parameters gecorreleerd zullen worden aan beschreven combinaties. Ik zal de in silico resultaten functioneel valideren op basis van geavanceerde technologie om A) het effect van de top 3 combinaties te recapituleren in menselijke microglia (MG) door multiplex gen editing en B) de gemulteerde MG xenotransplanteren in een AD volgens het MIGRATE protocol, recent gepubliceerd door het Mancuso Lab.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Mancuso Renzo
• Co-promotor: Sleegers Kristel
• Mandaathouder: Leguía Fauró Gonzalo

Onderzoeksgroep(en)

• VIB CMN - Microglia en ontsteking bij neurologische aandoeningen

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De ziekte van Alzheimer (AD) is een complexe neurodegeneratieve ziekte en wereldwijd de meest voorkomende vorm van dementie. AD wordt gekenmerkt door accumulatie van amyloïde-?-plaques en tau, waarin genetica een fundamentele rol speelt. Grootschalige genetische studies plaatsen microglia disfunctie centraal in de etiologie van AD, waarbij genetische varianten worden geclassificeerd in drie routes: ontsteking, lipidenmetabolisme en endocytose. Toch ontbreken de functionele gegevens die het verband tussen deze varianten, microglia routes en AD valideren. Het is dus noodzakelijk om de bijdrage te begrijpen van individuele risicogenen aan de functie van microglia. In dit project wil ik de rol van het risicogen ATP-bindende cassette transporter, subfamilie A lid 7 (ABCA7) ontrafelen door de moleculaire mechanismen te achterhalen van twee hoog-risico AD varianten (kans=2.8,4.5). Hiervoor zal ik isogene cellijnen creeëren met behulp van iPSC-verkregen microglia van patiënten en geavanceerde CRISPR technieken. Ik zal gebruik maken van onze nieuwe gehumaniseerde chimere muismodellen en multi-OMICS technieken om het verschil tussen zieke en gezonde microglia te bepalen. Bovendien, aangezien ABCA7 een belangrijke lipide transporter is in de hersenen die gelinkt is aan alledrie de routes, zal ik hierop de impact bepalen van een gewijzigde lipidenhomeostase. Het resultaat van dit project zal dus belangrijke inzichten opleveren in onderzoek naar AD en nieuwe therapeutische strategiën.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Mancuso Renzo
• Mandaathouder: Premereur Jessie

Onderzoeksgroep(en)

• VIB CMN - Microglia en ontsteking bij neurologische aandoeningen

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In de afgelopen tien jaar zijn organoïden naar voren gekomen als een aantrekkelijke middenweg tussen 2D-celculturen, die de 3D-omgeving niet volledig recapituleren, en diermodellen, die technische en ethische grenzen stellen. Met name cerebrale organoïden zijn in opkomst als de volgende stap in patiënt-afgeleide in vitro modellen voor zowel neurologische als neurodegeneratieve ziekten. Cerebrale organoïden zijn echter meestal gebaseerd op alleen neuronale cellen, terwijl er steeds meer aanwijzingen zijn dat de rol van niet-neuronale typen (microglia, astrocyten, endotheelcellen) in deze omstandigheden van cruciaal belang is. Integratie van deze celtypes zal de in vivo cellulaire omgeving in gezondheid en ziekte beter nabootsen en vormt de grootste uitdaging van dit project. De gevestigde neuro-immune organoïdetechnologie zal een breed scala aan toepassingen vinden als modellen voor het bestuderen van fundamentele mechanismen die ten grondslag liggen aan cellulaire biologie en genetische pathofysiologie, evenals voor efficiënte screening van geneesmiddelen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Sleegers Kristel
• Co-promotor: Jordanova Albena
• Co-promotor: Malysheva Valeriya
• Co-promotor: Mancuso Renzo
• Co-promotor: Weckhuysen Sarah

Onderzoeksgroep(en)

• VIB CMN - Genetica van de ziekte van Alzheimer

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Frontotemporale dementie (FTD) is een chronische neurodegeneratieve aandoening en de tweede meest voorkomende vorm van dementie. FTD wordt gekarakteriseerd door ophopingen van abnormale eiwitten in zenuwcellen (TAU, FUS of TDP-43) en door veranderingen in de immuuncellen van de hersenen, de microglia cellen. Deze ontsteking in de hersenen wordt ook wel neuro-inflammatie genoemd, wat enerzijds een gevolg zou kunnen zijn van schade aan zenuwcellen of anderzijds zou kunnen bijdragen aan de progressie van FTD. Genetische studies leggen een verband tussen neuro-inflammatie en de kans op het ontwikkelen van FTD, wat suggereert dat inflammatie eerder een oorzaak is dan een gevolg. In dit project willen we de rol bepalen van een van de belangrijkste genetische oorzaken van FTD, progranuline-deficiëntie, door gebruik te maken van nieuwe modellen waarbij menselijke microglia cellen worden geïnjecteerd in FTD-muizen. Door deze cellen te onderwerpen aan de werkelijke pathologische omgeving kunnen wij de bijdrage van progranuline bepalen in neuro-inflammatie en menselijke microglia biologie in FTD. Deze resultaten zullen een grote impact hebben op onze kennis van ziekteprogressie en zouden persoonlijke behandelingen mogelijk maken om de ziekteprogressie van FTD te vertragen of te stoppen. Dit project richt zich op een kritieke component van de pathologie en zou dus nieuwe therapieën kunnen opleveren met het potentieel om het ziektetraject en de levenskwaliteit van patiënten te veran

Onderzoeker(s)

• Promotor: Mancuso Renzo

Onderzoeksgroep(en)

• VIB CMN - Microglia en ontsteking bij neurologische aandoeningen

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Frontotemporale lobaire degeneratie (FTLD) is een vroeg optredende vorm van dementie die 10-20% van alle gevallen van dementie vertegenwoordigt. Het wordt gekenmerkt door het verlies van neuronen in de frontale en temporale lobben, wat resulteert in een dramatische impact op de menselijke kernkwaliteiten, waaronder persoonlijkheid, inzicht en verbale communicatie. Aggregaten van het TAR DNA-bindende eiwit 43 (TDP-43) zijn het kenmerk van het meest voorkomende pathologische subtype van FTLD (FTLD-TDP). Belangrijk is dat het onderzoeksgebied van neurodegeneratie het afgelopen decennium is verschoven van een op geaggregeerde eiwitten gerichte visie naar het concept van een meercellige hypothese voor zowel het ontstaan als het voortbestaan van deze ziekten. Genetische studies hebben aanzienlijk bijgedragen aan het ontcijferen van het cellulaire substraat van neurodegeneratie. Met betrekking tot FTLD identificeerde het Rademakers-laboratorium mutaties met verlies van functie in progranuline (GRN) als een van de belangrijkste genetische oorzaken van FTLD. Ze beschreven ook TMEM106B genetische varianten als de eerste genetische risicofactor voor FTLD-TDP en ontdekten dat TMEM106B beschermende varianten de penetrantie van GRN-mutaties in de ziekte drastisch kunnen verminderen. GRN en TMEM106B zijn verrijkt in afzonderlijke cellulaire compartimenten (respectievelijk microglia versus neuronen). Dit wijst op het feit dat deze gerelateerde genetische factoren interageren vanuit meerdere cellulaire compartimenten. Onze hypothese is dan ook dat het genetische risico cellulaire reacties en fenotypes vormt die bepaalde ziektetoestanden in microglia bevorderen en de kwetsbaarheid van neuronen voor degeneratie veranderen. We stellen voor om dit concept te onderzoeken in de context van FTLD en andere ouderdoms-gebonden TDP-43 neuropathologieën met behulp van de gevestigde ziektegenen GRN en TMEM106B in respectievelijk microglia en neuronen. De studie van genotype-fenotype-interacties bij neurodegeneratie is echter niet triviaal, aangezien er een beperkte homologie is tussen mens en muis in termen van expressie van ziekte geassocieerde genen. Om deze beperking te overwinnen, heeft het Mancuso-lab een model ontwikkeld om voor de mens relevante genetische eigenschappen te bestuderen. Hierbij worden menselijke iPSC-afgeleide hersencellen via xenotransplantatie bestudeerd in een zieke hersenomgeving van muizen. In deze nieuwe samenwerking stellen de Rademakers en Mancuso labs voor om de impact van GRN en TMEM106B genetische varianten te onderzoeken door xenotransplantatie van microglia en neuronen afgeleid van iPSCs in FTLD (Grn- / -) en wild-type muizen. We plannen om 1) isogene series van iPSC-lijnen te genereren die GRN- en TMEM106B-mutaties bevatten; 2) de impact van GRN-deficiëntie in menselijke microglia bepalen en te bepalen of dit verlies voldoende is om neuropathologie in de muizenhersenen te induceren; en 3) bepalen of veranderingen in de expressie van TMEM106B in menselijke neuronen kan leiden tot gevoeligheid of bescherming tegen degeneratie, in vivo. Onze studies zullen belangrijke kennis opleveren over de diverse cellulaire processen die ten grondslag liggen aan FTLD en we verwachten dat de nieuwe inzichten die uit dit onderzoek voortkomen van onschatbare waarde zijn voor de ontwikkeling van nieuwe therapeutische strategieën voor FTLD-patiënten en aanverwante aandoeningen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Rademakers Rosa
• Co-promotor: Mancuso Renzo

Onderzoeksgroep(en)

• VIB CMN - Toegepaste en Translationele Neurogenomica

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Genetica toont aan dat microglia één van de centrale spelers zijn in de pathogenese van de ziekte van Alzheimer (AD). Het conceptuele kader voor het huidige voorstel is dat bepaalde genetische risicoprofielen cellulaire ziektetoestanden bevorderen, en in het bijzonder microglia aanzetten tot specifieke fenotypes die actief bijdragen tot de ziekte. Het verband tussen deze genetische veranderingen en de cellulaire functie moet echter nog opgehelderd worden. In silico analyse toont aan dat de meerderheid van de AD-risicogenen blijken samen te vallen in een beperkt aantal functionele paden, voornamelijk het lipidenmetabolisme. De ATP-binding cassette (ABC) transporter, subfamilie A lid 7 (ABCA7) is een belangrijke regulator van alle lipidenroutes, en heeft een zeer sterke AD risico associatie in GWAS studies (in vergelijking met andere relevante varianten in SORL1 of TREM2). Veranderingen in de lipidensamenstelling, en waarschijnlijk veranderingen in ABCA7, kunnen een drastische invloed hebben op belangrijke aspecten van de microglia functie in AD - reactie op ontstekingsprikkels en endolysosomale functie. Daarom trachten we het verband te ontcijferen tussen ABCA7 genetica en microglia functie in AD. Er zijn fundamentele verschillen tussen menselijke en muismicroglia, vooral op het vlak van expressie van specifieke AD-gerelateerde genen, wat de noodzaak onderstreept om te werken in humane systemen. Bovendien kunnen vele aspecten van de biologie van deze cellen niet gemakkelijk in vitro bestudeerd worden - bijvoorbeeld specifieke ziekteproblemen (bv. amyloïde plaques) of complexe interacties met andere celtypes. We zullen gebruik maken van een nieuw humaan microglia xenotransplantatie model dat we ontwikkeld hebben, en de rol van ABCA7 in de humane microglia biologie in AD in vivo ophelderen, en het onderliggende mechanisme ontrafelen van één van de hoogste GWAS-risicovarianten. We onderzoeken de zeldzame PTC variant (p.Glu709fs; c.2126_2132del) die sterk segregeert met ziekte in een Belgisch cohort, alsook de hoog-risico pathogene repeat expansie van een variabel aantal tandem herhalingen polymorfisme (VNTR) in intron 18, door gebruik te maken van patiënt-afgeleide iPSCs. We zijn van plan om 1) een isogene reeks lijnen te genereren met behulp van CRISPR technologie, 2) de impact van ABCA7-geassocieerd AD-risico in menselijke microglia te bepalen, en 3) het mechanisme te bepalen dat aan de basis ligt van de hoog-risico ABCA7 VNTR variant. De unieke strategie die wij voorstellen, zal toelaten om de menselijke functie in AD te onderzoeken voorbij de huidige grenzen, en zal leiden tot nieuwe therapeutische targets en specifieke biomarkers om AD te diagnosticeren, te monitoren en aan te pakken. We verwachten belangrijke fenotypische programma's te ontdekken, evenals interactoren en ontstekingsoplosbare factoren die bijdragen tot neuronale disfunctie en degeneratie.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Mancuso Renzo

Onderzoeksgroep(en)

• VIB CMN - Microglia en ontsteking bij neurologische aandoeningen

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De ziekte van Alzheimer (AD) is een complexe neurodegeneratieve ziekte en wereldwijd de meest voorkomende vorm van dementie. AD wordt gekenmerkt door accumulatie van amyloïde-β-plaques en tau, waarin genetica een fundamentele rol speelt. Grootschalige genetische studies plaatsen microglia disfunctie centraal in de etiologie van AD, waarbij genetische varianten worden geclassificeerd in drie routes: ontsteking, lipidenmetabolisme en endocytose. Toch ontbreken de functionele gegevens die het verband tussen deze varianten, microglia routes en AD valideren. Het is dus noodzakelijk om de bijdrage te begrijpen van individuele risicogenen aan de functie van microglia. In dit project wil ik de rol van het risicogen ATP-bindende cassette transporter, subfamilie A lid 7 (ABCA7) ontrafelen door de moleculaire mechanismen te achterhalen van twee hoog-risico AD varianten (kans=2.8,4.5). Hiervoor zal ik isogene cellijnen creeëren met behulp van iPSC-verkregen microglia van patiënten en geavanceerde CRISPR-technieken. Ik zal gebruik maken van onze nieuwe gehumaniseerde chimere muismodellen en multi-OMICS technieken om het verschil tussen zieke en gezonde microglia te bepalen. Bovendien, aangezien ABCA7 een belangrijke lipide transporter is in de hersenen die gelinkt is aan alledrie de routes, zal ik hierop de impact bepalen van een gewijzigde lipidenhomeostase. Het resultaat van dit project zal dus belangrijke inzichten opleveren in onderzoek naar AD en nieuwe therapeutische strategiën.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Mancuso Renzo
• Mandaathouder: Bijnens Baukje

Onderzoeksgroep(en)

• VIB CMN - Microglia en ontsteking bij neurologische aandoeningen

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De sleutel tot het verklaren van neurodegeneratieve ziekten kan liggen in ons begrip van microgliale interacties met andere CZScellen, die ik zal ontrafelen met behulp van een menselijk xenotransplantatiemodel en gebruik van een rabiësvirus met streepjescode. Microglia (MG) zijn de residente immuuncellen van de hersenen die voortdurend hun processen uitbreiden en intrekken om de omgeving te bewaken. Ze hebben echter niet alleen een beschermende rol maar zijn ook belangrijk in de ontwikkeling van de hersenen en het normaal functioneren ervan. Ze zijn betrokken bij neurogenese, regulatie van neuronale activiteit en vorming vann synapsen. De cellulaire en moleculaire routes die verantwoordelijk zijn voor het behoud van een homeostatisch profiel in MG, en hoe deze veranderen bij ziekte, zijn echter nog steeds onbekend. Ook weten we niet hoe communicatie met andere celtypen helpt bij het reguleren van de microgliale respons bij de ontwikkeling van ziekten zoals de ziekte van Alzheimer (AD). Meerdere onderzoeken om de etiologie te begrijpen, hebben MG als belangrijke spelers onthuld. Met behulp van een nieuw menselijk MG-xenotransplantatiemodel van mijn gastgroep en geavanceerde techniek om cellen te labelen die rechtstreeks contact hebben met MG, richt mijn project zich op het samenspel tussen hMG en andere hersencellen. Ik zal moleculaire en transcriptionele netwerken identificeren die betrokken zijn bij MG-centrische interacties en hoe deze bijdragen aan de ontwikkeling van AD.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Mancuso Renzo
• Mandaathouder: Mohebiany Alma Nazlie

Onderzoeksgroep(en)

• VIB CMN - Microglia en ontsteking bij neurologische aandoeningen

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De ziekte van Alzheimer (AD) is een complexe neurodegeneratieve ziekte en wereldwijd de meest voorkomende vorm van dementie. AD wordt gekenmerkt door accumulatie van amyloïde-?-plaques en tau, waarin genetica een fundamentele rol speelt. Grootschalige genetische studies plaatsen microglia disfunctie centraal in de etiologie van AD, waarbij genetische varianten worden geclassificeerd in drie routes: ontsteking, lipidenmetabolisme en endocytose. Toch ontbreken de functionele gegevens die het verband tussen deze varianten, microglia routes en AD valideren. Het is dus noodzakelijk om de bijdrage te begrijpen van individuele risicogenen aan de functie van microglia. In dit project wil ik de rol van het risicogen ATP-bindende cassette transporter, subfamilie A lid 7 (ABCA7) ontrafelen door de moleculaire mechanismen te achterhalen van twee hoog-risico AD varianten (kans=2.8,4.5). Hiervoor zal ik isogene cellijnen creeëren met behulp van iPSC-verkregen microglia van patiënten en geavanceerde CRISPR-technieken. Ik zal gebruik maken van onze nieuwe gehumaniseerde chimere muismodellen en multi-OMICS technieken om het verschil tussen zieke en gezonde microglia te bepalen. Bovendien, aangezien ABCA7 een belangrijke lipide transporter is in de hersenen die gelinkt is aan alledrie de routes, zal ik hierop de impact bepalen van een gewijzigde lipidenhomeostase. Het resultaat van dit project zal dus belangrijke inzichten opleveren in onderzoek naar AD en nieuwe therapeutische strategiën.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Mancuso Renzo
• Mandaathouder: Premereur Jessie

Onderzoeksgroep(en)

• VIB CMN - Microglia en ontsteking bij neurologische aandoeningen

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De ziekte van Alzheimer (AD) is een chronische neurodegeneratieve ziekte en is wereldwijd de meest voorkomende vorm van dementie. AD wordt gekenmerkt door de opeenhoping van abnormale eiwitten, in de vorm van amyloïde betaplekken en tau-tangles. AD gaat gepaard met veranderingen in de immuuncellen van de hersenen, de microglia. Deze ontsteking in de hersenen wordt neuro-inflammatie genoemd, die een eenvoudig gevolg kan zijn van schade aan zenuwcellen of kan bijdragen tot de ziekteprogressie. Recente genetische studies leggen een verband tussen neuro-inflammatie en de vatbaarheid voor het ontwikkelen van AD, wat suggereert dat ontsteking een drijvende kracht achter de ziekte zou kunnen zijn in plaats van slechts een gevolg. Het huidige voorstel omvat twee complementaire benaderingen die erop gericht zijn de rol van neuroinflammatie in AD bij de mens te bepalen door nieuwe modellen te genereren waarbij van de mens afkomstige cellen in AD-muizen worden geïnjecteerd om die cellen bloot te stellen aan de omgeving die zij in de pathologische hersenen zouden aantreffen. Door dit te doen met zowel neurale als microgliale cellen, zullen we in staat zijn om de bijdrage van neuroinflammatie in de AD hersenen te ontleden in twee cruciale menselijke celtypes. Deze bevindingen zouden belangrijke implicaties hebben voor ons begrip van de progressie van AD bij de mens en zouden behandelingen op maat mogelijk maken om de progressie van AD te vertragen of te stoppen. Deze benadering richt zich op een kritieke component van de pathologie in de hersenen van AD en zou nieuwe geneesmiddelen kunnen opleveren die het ziekteverloop en de levenskwaliteit van patiënten kunnen veranderen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Mancuso Renzo

Onderzoeksgroep(en)

• VIB CMN - Microglia en ontsteking bij neurologische aandoeningen

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De ziekte van Alzheimer (AD) is wereldwijd de meest voorkomende vorm van dementie. AD wordt gekenmerkt door de ophoping van abnormale eiwitten, in de vorm van amyloïde betaplekken en tau-tangles. AD gaat gepaard met veranderingen in de immuuncellen van de hersenen, de microglia. Deze ontsteking in de hersenen wordt neuro-inflammatie genoemd, die een eenvoudig gevolg kan zijn van schade aan zenuwcellen of kan bijdragen tot de ziekteprogressie. Genetische studies tonen een verband aan tussen neuro-inflammatie en vatbaarheid voor AD, wat suggereert dat ontsteking een drijvende kracht achter de ziekte zou kunnen zijn in plaats van slechts een gevolg. Al deze genen lijken betrokken te zijn bij het metabolisme van lipiden en cholesterol, wat wijst op een verband tussen de microgliale functie en het lipidenmetabolisme. Wij hebben getracht het verband te bepalen tussen het genetisch risico van AD, microglia en het vetmetabolisme door nieuwe modellen te combineren waarbij menselijke cellen worden geïnjecteerd in AD muizen, en geavanceerde single cell RNA sequencing voor een diepgaande analyse van de microgliale functie. Door dit te doen, zullen we in staat zijn om de bijdrage van microglia en het lipidemetabolisme in de AD hersenen te ontleden in een cruciaal menselijk systeem. Deze bevindingen zouden belangrijke implicaties hebben voor ons begrip van de progressie van AD bij de mens en zouden op maat gemaakte behandelingen mogelijk maken om AD te vertragen of te stoppen. We zijn van plan om cruciale componenten van de pathologie aan te pakken en zouden nieuwe geneesmiddelen kunnen opleveren die het ziekteverloop en de levenskwaliteit van patiënten kunnen veranderen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Mancuso Renzo

Onderzoeksgroep(en)

• VIB CMN - Microglia en ontsteking bij neurologische aandoeningen

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Early Career Researcher Award van de Franse Alzheimer's Research Foundation voor mijn bijdragen aan de microglia-biologie en neuro-inflammatie bij de ziekte van Alzheimer, met speciale aandacht voor de rol van APOE in menselijke microglia, in vivo.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Mancuso Renzo

Onderzoeksgroep(en)

• VIB CMN - Microglia en ontsteking bij neurologische aandoeningen

Project type(s)

• Onderzoeksproject