Die dynamische Bildung von Mikrovillus-Einschlüssen während der Enterozyten Differenzierung in Munc18-2-defizienten intestinalen Organoiden
| Anhand von Darmorganoiden von Munc18-2-/-Mäusen konnten wir zeigen, dass die phänotypische Manifestation der Mikrovillus-Einschlüsse der Mikrovillus-Einschlusskrankheit entscheidend mit dem Zustand der Enterozytendifferenzierung Zustand verbunden ist. Die Bildgebung in lebenden Zellen zeigte, dass Mikrovilluseinschlüsse sich allmählich entweder intrazellulär oder durch Internalisierung der Plasmamembran bilden.
Die Mikrovillus-Einschlusskrankheit (MVID) ist eine angeborene Störung, die die Nährstoffaufnahme durch den Bürstensaum des Darmepithels beeinträchtigt. Das hat bei Neugeborenen oft verheerende Folgen und die Therapiemöglichkeiten sind sehr eingeschränkt. Als zugrundeliegender zellulärer Mechanismus ist ein defekter vesikulärer Transport identifiziert worden, jedoch fehlen bisher zelluläre Modelle, die eine derartige Pathologie rekonstruieren könnten. So konnten beispielsweise intrazelluläre Mikrovilluseinschlüsse (MVI), die das charakteristische Merkmal der Erkrankung sind, bisher nur sehr selten in vitro beobachtet werden, und es ist nach wie vor umstritten, wie sich diese Strukturen bilden.
In einer internationalen Zusammenarbeit haben Dr. Mosa und Kolleg:innen von der Forschungsgruppe Dr. Farin nun die Vorteile des 3D-Darmorganoidmodells genutzt, um MVID zu untersuchen. Menschliche Mutationen im MUNC18-2/STXBP2-Protein verursachen MVID in unterschiedlichem Ausmaß. Anhand von Mausmutanten-Organoiden konnte jetzt gezeigt werden, dass die Differenzierung der Darmzellen ein Schlüsselfaktor für diese Variabilität darstellt. MVI konnte in vitro synchron und hocheffizient induziert werden, was in früheren Zellmodellen nicht gelungen war. Mittels Zeitraffermikroskopie konnte der Prozess der MVI-Bildung zum ersten Mal sichtbar gemacht werden. Dabei zeigte sich, dass sich MVIs im Zytoplasma oder durch Einstülpung der Plasmamembran bilden können. Die beschriebenen Assays und Protokolle könnten die Diagnose von MVID unter Verwendung von Patient:innenorganoiden verbessern und eine Plattform für die Erprobung therapeutischer Maßnahmen bieten.
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Mohammed H. Mosa1,2,3, Ophélie Nicolle4,§, Sophia Maschalidi5,6,§, Fernando E. Sepulveda5,6, Aurelien Bidaud-Meynard4, Constantin Menche2, Birgitta E. Michels1,2,3,7 , Grégoire Michaux4*, Geneviève de Saint Basile5,6,8,#,* and Henner F. Farin1,2,3,#,*
1German Cancer Consortium (DKTK), Germany; 2Georg-Speyer-Haus, Institute for Tumor Biology and Experimental Therapy, Frankfurt am Main, Germany; 3German Cancer Research Center (DKFZ), Heidelberg, Germany; 4University Rennes, CNRS, IGDR UMR6290, Rennes, France; 5INSERM UMR1163, Laboratory of Normal and Pathological Homeostasis of the Immune system, Paris, France; 6Paris Descartes University-Sorbonne Paris Cité, Imagine Institute, Paris, France; 7Faculty of Biological Sciences, Goethe University Frankfurt, Germany.?8Centre d’Etudes des Déficites Immunitaires, Assistance Publique-Hôpitaux de Paris, France; § Equal contribution; #Last authors
*Corresponding Authors Grégoire Michaux: gregoire.michaux@univ-rennes1.fr | Geneviève de Saint Basile: genevieve.de-saint-basile@inserm.fr | Henner F. Farin: farin@gsh.uni-frankfurt.de
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