Unsere Arbeitsgruppe erforscht die Rolle der Mitochondrien und ihres Energiestoffwechsels auf die Umwandlung des Zellschicksals, sowie deren Funktion in neuronalen Netzwerken. Dieses Wissen und die Erkenntnisse wollen wir nutzen, um Interventionsstrategien für seltene, unheilbare Erkrankungen bei Kindern zu entwickeln, die auf neurologischen, mitochondrialen Veränderungen basieren.

Um dieses Ziel zu erreichen, verwenden wir patientenspezifische, induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs), die wir mithilfe zweidimensionaler und dreidimensionaler (brain organoids) Kultivierungsmethoden in neuronale Zellen differenzieren. Unsere Expertise beinhaltet unter Anderem die Genomeditierung, high-content imaging-based Compound-Screenings und die Erfassung sowie Bewertung der mitochondrialen Bioenergetik und -funktion in lebenden Zellen.

Von entscheidender Bedeutung für das Leben eines Organismus ist ein ausbalanciertes Gleichgewicht zwischen Produktion und Verbrauch der Zell-Energie. Der Energiebedarf ist besonders wichtig für Gewebe mit hoher Aktivität wie dem Gehirn. Um die Entwicklung einer early-onset Neurodegeneration zu verhindern, muss ein ausgeglichener Energiestatus des Gehirns während der Neurogenese gewährleistet sein (siehe: Lorenz et al, Curr Opin Cell Biol. 2017; Cunnane et al, Nature Review Drug Discovery 2020). Zu den early-onset neurodegenerativen Erkrankungen gehören zum Beispiel das Leigh-Syndrom und die juvenile Huntington-Krankheit (HD), welche im Zentrum unserer Forschung stehen.

We are interested in dissecting the contributing role of mitochondria and energy metabolism in cell fate conversion and neural commitment in order to use this knowledge to gain insights and develop mechanistic-based intervention strategies for rare incurable neurological mitochondrial disorders affecting children.

To reach this goal, we use patient-specific induced pluripotent stem cells (iPSCs) that we differentiate into neuronal cells using two-dimensional and three-dimensional (brain organoids) approaches. Our expertise include genome editing technology, high-content imaging-based compound screenings, and live-cell assessment of mitochondrial bioenergetics and function.

A balanced production and consumption of cellular energy is crucial for organismal life. The need for energy is particularly important for tissues with high activity, like the brain. In order to prevent the development of early-onset neurodegeneration like in the case of Leigh syndrome or juvenile Huntington´s disease, we need to guarantee a balanced energy status of the brain during the process of neurogenesis (see reviews by Lorenz et al, Curr Opin Cell Biol. 2017; Cunnane et al, Nature Review Drug Discovery 2020).