Onderzoek Valeriya Malysheva

Abstract

Volwassen neurogenese speelt een essentiële rol in normale cognitieve functies, zoals geheugenvorming, leren, patroonscheiding en stemmingsregulatie, en wordt verstoord bij neurodegeneratieve aandoeningen. Volwassen neurogenese komt voornamelijk voor in twee gebieden van de hersenen: de Gyrus dentatus (DG) van de hippocampus en de subventriculaire zone. In de DG geven neurale stamcellen langzaam aanleiding tot neurale intermediaire progenitorcellen (NSCs), neuroblasten en uiteindelijk nieuwe neuronen. Intrigerend is dat NSC's bijna volledig quiescent zijn en geen markers voor actieve proliferatie tot expressie brengen, en dat het vaak moeilijk is prolifererende cellen op te sporen. Toch worden NSC's gedurende de hele volwassenheid in stand gehouden. Deze schijnbare tegenstelling benadrukt ons huidige gebrek aan inzicht in de regulerende mechanismen die ten grondslag liggen aan de overgang van NSC's van een toestand van rust naar een toestand van proliferatie. Het is van vitaal belang dat we deze processen begrijpen en de sleutelfactoren identificeren die dit regelen, zodat we precies weten hoe en waarom de neurogenese bij ziekte wordt verstoord, en hoe we kunnen ingrijpen om deze te behandelen. Veranderingen in de 3D-structuur van chromatine zijn essentieel voor de coördinatie van de overgang van quiescentie naar zelfvernieuwing in andere stamcelpopulaties, waaronder hematopoietische stamcellen. Toch heeft geen enkele studie ooit de rol van de veranderende 3D structuur van chromatine in de NSCs in de DG onderzocht. Dit is een belangrijke tekortkoming omdat veranderingen in de chromatineorganisatie vaak voorafgaan aan transcriptionele veranderingen, waarbij genpromotors interageren met 'primed' of 'poised' enhancer-regulerende elementen voorafgaand aan activatie. Ik verwacht daarom dat NSCs bestaan in functioneel verschillende toestanden, te onderscheiden op het niveau van 3D chromatine organisatie, en dat veranderingen in chromatine organisatie de overgang van quiescentie naar zelfvernieuwing coördineren, en vorm geven aan het lot van cellen tijdens volwassen neurogenese in de DG. Om deze hypotheses te onderzoeken stel ik de allereerste studie voor van chromatine organisatie in de menselijke DG. Hiervoor zullen we een nieuwe technologie ontwikkelen (scSPRITE-IP) die multiway regulatorische chromatine interacties met hoge resolutie in enkele cellen kan profileren, en deze techniek toe te passen om de interacties te profileren die volwassen neurogenese in de DG bepalen. Om volwassen neurogenese te begrijpen is een holistische benadering nodig die informatie op verschillende schalen en modaliteiten kan integreren. Daarom zullen wij de scSPRITE-IP gegevens integreren met single-cell genexpressie, chromatine accesibility en ziekte risico-varianten (GWAS) gegevens in een nieuw op maat gemaakt computationeel inferentie kader en de belangrijkste factoren te identificeren die volwassen neurogenese reguleren. De dubbele expertise van onze groep in de ontwikkeling van nieuwe experimentele methoden voor de profilering van chromatineorganisatie in zeldzame celpopulaties en in de ontwikkeling van multimodale, integratieve netwerkinferentiemethoden en statistische analyse-instrumenten is essentieel voor het succes van dit project. Door de ontwikkeling van nieuwe experimentele en computationele benaderingen heeft dit voorstel een transformerend potentieel op het gebied van neurogenese en gaat het verder dan stamcelonderzoek in de hersenen, waardoor het onderzoek naar de cell fate acquisition in andere weefsels en organismen, in gezondheid en ziekte, kan worden bevorderd.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Malysheva Valeriya

Onderzoeksgroep(en)

• VIB CMN - Computationele Neurobiologie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Isovormexpressie is zeer celtype-specifiek, bepaalt het lot van de cel, beïnvloedt de reactie op medicijnen en ontregeling ervan kan ziekten veroorzaken. Al richt het onderzoek zich traditioneel op alternatieve splicing, het gebruik van alternatieve transcriptie start sites (TSSs) en terminatie sites (TTSs) is grotendeels verantwoordelijk voor de transcriptionele diversiteit bij de mens. Toch is er weinig bekend over wat de keuze van alternatieve TSS- en TTS-isovormen bepaalt. Uit onze resultaten blijkt dat de organisatie van het chromatine, via 3D interacties, mogelijks een cruciale rol speelt, maar er is nog geen grondig onderzoek gedaan. Onze hypothese is dat de organisatie van chromatine een centrale coördinator is van de isovormkeuze. Gezien het brein de grootste isovormdiversiteit bevat, is ideaal om deze vraag te beantwoorden. Ik zal experimentele methoden gebruiken waaronder onze gepatenteerde chromatine organisatie methode, de enige methode in staat om 3D chromatine organisatie interacties op isovorm-level te detecteren in zeldzame celpopulaties met hoge resolutie, alsook computationele methoden voor integratieve regelgevende netwerk inferentie om de aandrijvers van isovormkeuze te identificeren. Dit project zal de grondregels van isovormkeuze bepalen, wat doorslaggevend kan zijn voor het begrijpen van de rol van isovormen in gezondheid en ziekte en het regelgevingsparadigma zal verschuiven van gencentrisch naar isovormcentrisch.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Malysheva Valeriya
• Mandaathouder: De Broeck Noémie

Onderzoeksgroep(en)

• VIB CMN - Computationele Neurobiologie

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