Ulrike Ulmer, PhD candidate Center for Neurology and Hertie Institute for Clinical Brain Research Otfried-Müller-Str. 27 72076 Tübingen 

PD Dr. Rebecca Schüle Center for Neurology and Hertie Institute for Clinical Brain Research Otfried-Müller-Str. 27 72076 Tübingen

From Pathophysiology to Therapeutic Targets: Disturbed Sphingolipid Metabolism in HSP Caused by GBA2 Mutations

Hereditary spastic paraplegias (HSP) are characterized by an extreme clinical and genetic heterogeneity. Disturbances of lipid metabolism, particularly metabolism of sphingolipids, are an important reason for the dysfunction of motor neurons leading to HSP. Mutations of the GBA2 gene (SPG46) affect the degradation of the sphingolipid glycosylceramide. In our project we would like to understand the effects of GBA2-dysfunction on neuronal cells and will test in the lab whether compounds can reverse this metabolic defect. 
Using induced pluripotent stem cells, which we generate from skin biopsies obtained from patients with SPG46, we are able to examine the lipid composition of human neurons. By comparisons of patientderived neurons with their isogenic controls created with CRISPR/Cas9 we will reveal differences in the sphingolipid metabolism caused by the mutation in the GBA2 gene. In parallel plasma and CSF from SPG46 patients are measured via mass spectrometry and compared to the changes seen in neurons.
Dysregulated pathways will be evaluated for possible interventions. Substances will be applied on your neuronal model system and analyzed regarding enzymatic activity and/or their lipid composition. With these tests we aim to see whether our treatment can reverse the defects caused by GBA2-dysfunction. 

 

Von der Pathophysiologie zu therapeutischen Ansätzen: Mutationen im GBA2-Gen führen zu einem gestörten Sphingolipidstoffwechsel in HSP

Die Hereditären Spastischen Spinalparalysen (HSP) sind klinisch und genetisch sehr variabel. Störungen im Fettstoffwechsel, insbesondere der sog. Sphingolipide im Gehirn und Rückenmark, sind eine wichtige Ursache der HSP. Mutationen im GBA2-Gen (SPG46) führen dazu, dass der Abbau des Sphingolipides Glucosylceramid gestört ist. In unserem Projekt möchten wir die Auswirkungen dieses Stoffwechseldefektes auf Nervenzellen untersuchen und im Modell testen, ob wir die Störung zumindest teilweise durch Medikamente ausgleichen können. 
Der Einsatz induzierter pluripotenter Stammzellen (iPSC), die aus Hautproben von Patienten mit SPG46 gewonnen werden, ermöglicht uns, die Zusammensetzung der Lipide in menschlichen Nervenzellen zu messen. Hierbei vergleichen wir die Sphingolipid-Zusammensetzung in Patientenzellen, die eine GBA2Mutation tragen, mit ‚genkorrigierten‘ Zellen, in denen wir die Mutation durch CRISPR/Cas9 gezielt durch die ‚gesunde‘ DNA-Sequenz ersetzen. Zusätzlich werden ebenfalls Blut und Nervenwasser von SPG46-Patienten massenspektroskopisch gemessen und mit den Ergebnissen der Nervenzellen verglichen. 
Fehlregulierte Stoffwechselwege werden auf mögliche Behandlungsmöglichkeiten untersucht. Potentielle Substanzen werden an den Nervenzellen getestet und dann untersucht, ob die Aktivität des durch GBA2 kodierten Enzyms wiederhergestellt werden und die Störungen im Stoffwechsel wieder rückgängig gemacht werden können. 
 

Ulrike Ulmer (zweite von links, hinten) und Rebecca Schüle (zweite von rechts, hinten) und ihr Team in Tübingen.