Werkpakketten

Het doel van werkpakket 2 is het creëren van een moleculaire menselijke hersenatlas met een focus op hersengebieden geassocieerd met psychiatrische symptomen door middel van een multi-omics benadering. Deze omvatten spatial transcriptomics, chemische proteomics en metabolomics, op cel-resolutie van hersengebieden over meerdere neuropsychiatrische stoornissen.

De komst van verschillende revolutionaire en krachtige nieuwe technologieën in de moleculaire biologie en scheikunde, zoals single cell transcriptomics, spatial transcriptomics met hoge resolutie, (chemische) proteomics en geavanceerde microscopiemethoden, stelt ons in staat niet alleen potentiële veranderingen in genactiviteit te bestuderen, maar ook de spatiotemporele veranderingen en functie van eiwitten in postmortem menselijke hersenen op nanoschaal. Met behulp van deze hulpmiddelen willen we een moleculaire atlas van het menselijk brein op subcellulaire schaal construeren met de bedoeling de moleculaire processen af te bakenen die ten grondslag liggen aan de veranderingen in het netwerk en de cel-cel interacties bij psychiatrische stoornissen. 

We zullen een multiregionale moleculaire atlas van NBB-donoren genereren met uitgebreide klinische fenotypes en de diepgaande fenotypering van moleculaire en cellulaire kenmerken geassocieerd met geselecteerde fenotypes in specifieke hersengebieden. We zullen inzoomen op neuron-glia-interacties om afwijkende cel-cel-interacties en communicatie bij psychiatrische stoornissen in kaart te brengen. De geïdentificeerde doelwitten zullen gevalideerd worden in onafhankelijke datasets en gekarakteriseerd worden op moleculair en cellulair niveau over regio’s – patiënten – weefseltypen heen.

Werkpakket 4 is gericht op het bieden van nieuwe chemische benaderingen die het mogelijk maken hersenmonsters te bestuderen op een manier die verder gaat dan DNA en RNA. De ruimtelijke analyse en visualisatie van bepaalde enzymactiviteiten in de hersenen, zoals de enzymen die betrokken zijn bij de productie en afbraak van neuro-actieve liganden. De reden hiervoor is dat enzymactiviteiten en mRNA-niveaus voor deze eiwitten zeer slecht correleren in de hersenen en daarom is deze feitelijke activiteitsinformatie nodig over hoe enzymen de functie beïnvloeden. 

WP4 richt zich ook op het ontwikkelen van tools om eiwitniveaus te manipuleren in het primaire menselijke brein. De uitdaging hierbij is dat het primair menselijk weefsel is, wat betekent dat knock-outtechnologie niet compatibel is met deze aanpak. In plaats daarvan zullen we daarom nieuwe chemische mutagenese- en knock-outmethoden ontwikkelen. Verder zullen nieuwe methoden en reagentia worden ontwikkeld om de interactie tussen cellen in de hersenen te bekijken. Een van de belangrijkste hypotheses van het voorstel is dat de interactie tussen verschillende celtypes in de hersenen ontregeld is, wat leidt tot ziekte. De studie van dit fenomeen vereist nieuwe benaderingen om deze interacties tot op atomair niveau in beeld te brengen, die we hier zullen ontwikkelen. De laatste set nieuwe methoden die we hebben ontwikkeld is het in beeld brengen van de stromen van voedingsstoffen en andere kleine moleculen door de hersenen. Dit zal helpen om enkele andere manieren te begrijpen waarop de verschillende cellen in de hersenen elkaar beïnvloeden. 

Om deze nieuwe technologieën succesvol te implementeren zullen de WP4 onderzoekers nauw samenwerken met andere werkpakketten om ervoor te zorgen dat de reagentia allemaal compatibel zijn met de experimentele systemen en modellen die gebruikt worden in het bredere voorstel. Alle projecten zullen daarom worden gekoppeld aan projecten van biologische onderzoekers.

Werkpakket 5 heeft tot doel mechanistisch, causaal en functioneel inzicht te verschaffen in nieuwe moleculaire mechanismes die aan psychiatrische symptomatologie ten grondslag liggen. Met de projecten in WP5 zal een onderzoekslijn worden opgezet om met name neuron-glia interacties in vitro en in vivo te bestuderen om mechanistisch, causaal en functioneel inzicht te bieden in de functie en rol van nieuw geïdentificeerde moleculen bij psychiatrische symptomatologie. Ook zullen kandidaat target moleculen worden getest voor innovatieve therapeutische toepassingen bij neuropsychiatrische stoornissen.

We zullen vernieuwende benaderingen toepassen zoals glia-specifieke virale tools en state-of-the-art chemie ontwikkelen in samenwerking met WP4 onderzoekers. Met deze benaderingen kunnen neuron-glia interacties op hogere resolutie ex vivo gevisualiseerd en gekarakteriseerd worden. De moleculaire veranderingen zullen vervolgens worden gemanipuleerd in zowel muismodellen, als ook in platforms van humaan geïnduceerde pluripotente stamcel (hiPSC)-afgeleide kweken en zogenaamde hersenorganoïden. In de muismodellen zullen WP5 onderzoekers ook targets valideren en proof-of-concept interventiestudies uitvoeren. Het werk zal variëren van analyses van cellulaire, elektrofysiologische eigenschappen in neurale netwerken in vitro, tot gedragsscreening met in vivo diermodellen. Het uiteindelijke doel is de causaliteit, cellulaire specificiteit en verbanden tussen eiwitdysfunctie en veranderingen in gedrag en cognitie in neuropsychiatrische aandoeningen beter te begrijpen.