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In situ structural basis of human axonopathies

Descrizione del progetto

Imaging molecolare delle malattie legate all’assone

I neuroni mielinizzati sono isolati da una guaina grassa chiamata mielina, che permette loro di trasmettere segnali su lunghe distanze. Mutazioni in specifiche proteine di membrana causano patologie note come assonopatie familiari, che comprendono la paraplegia spastica ereditaria (HSP, hereditary spastic paraplegia) e la malattia di Charcot-Marie-Tooth (CMT). L’obiettivo del progetto cryoNERVE, finanziato dal CER, è quello di sviluppare flussi di lavoro di tomografia crioelettronica (cryo-ET, cryo-electron tomography) per visualizzare il tessuto nervoso intatto a una risoluzione senza precedenti. I ricercatori studieranno come le proteine mutanti HSP e CMT influenzano gli organelli e la formazione della mielina, nonché il modo in cui mediano la comunicazione tra neurone e glia, analizzando inoltre biopsie di nervi umani per svelare anomalie patologiche e aprire la strada all’uso della cryo-ET come strumento diagnostico per le assonopatie.

Obiettivo

Myelinated axons propagate action potentials across otherwise unsurmountable distances. The overarching hypothesis of the cryoNERVE project is that membrane morphology crucially determines axonal health and function. Mutations in genes coding for membrane-shaping proteins are the major cause of familial axonopathies like hereditary spastic paraplegia (HSP) and Charcot-Marie-Tooth (CMT) disease. However, current techniques lack the resolution to ascertain the functions of these proteins and their pathological dysfunction within native nerves. At the same time, the highly specialized architecture of axons and their delicate interplay with glia can only be studied in situ.

I have shown how cryo-electron tomography (cryo-ET) reveals the structural basis of neuronal function and disease within intact cells. However, cryo-ET imaging of tissues remains a major challenge. In cryoNERVE, we will develop cryo-ET workflows to image native nerve tissue at unprecedented resolution. We will build on these advances to study the function of HSP and CMT proteins within truly physiological environments. Specifically, we will investigate (i) how these proteins shape axonal organelles and their cross-talk, (ii) the mechanisms allowing myelin sheath formation and neuron-glia communication, and (iii) the alterations introduced by axonopathy-causing mutants.

Lastly, we will pioneer the first cryo-ET analyses of vitrified human tissues. Frustratingly, peripheral nerve biopsies from axonopathy patients often cannot be diagnosed with existing methods. We will examine patient biopsies at molecular resolution, and capitalize on our findings in flies and mice to reveal hitherto obscured pathological abnormalities. Thus, cryoNERVE will provide a holistic molecular and structural basis of human axonopathies like HSP and CMT, pave the way for high-resolution analyses of native human tissues and explore the potential of cryo-ET as a diagnostic tool with nanometric precision.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

Parole chiave

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) ERC-2022-COG

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Istituzione ospitante

UNIVERSITAETSMEDIZIN GOETTINGEN - GEORG-AUGUST-UNIVERSITAET GOETTINGEN - STIFTUNG OEFFENTLICHEN RECHTS
Contributo netto dell'UE
€ 1 986 750,00
Indirizzo
Robert-Koch-Strasse 40
37075 Goettingen
Germania
Regione
Niedersachsen Braunschweig Göttingen
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
€ 1 986 750,00

Beneficiari (1)