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Seltene neurometabolische und neurodegenerative Erkrankungen des Kindesalters werden häufig durch definierte genetische Defekte verursacht und gehen mit komplexen zellulären Pathologien einher. Krankheitsrelevante In-vitro-Modelle sind daher essenziell, um Pathomechanismen zu untersuchen, therapeutisch adressierbare Zielstrukturen zu identifizieren und potenzielle Therapieansätze präklinisch zu evaluieren.

Die AG Schlotawa nutzt patientenabgeleitete und geneditierte Zellmodelle, um seltene neurometabolische Erkrankungen zu untersuchen mit einem besonderen Schwerpunkt auf lysosomalen und neurodegenerativen Krankheitsmechanismen. Diese Modelle ermöglichen den Vergleich krankheitsrelevanter zellulärer Phänotypen mit geeigneten Kontrollsystemen und bilden die Grundlage für die Identifizierung krankheitsassoziierter Phänotypen sowie potenzieller therapeutischer Targets.

Unsere Expertise umfasst:

• Kultivierung und Charakterisierung primärer patientenabgeleiteter Fibroblasten und passender Kontrollzellen.
• Generierung und Validierung geneditierter zellulärer Krankheitsmodelle mittels CRISPR/Cas9-basierter Ansätze.
• Etablierung und Nutzung isogener Kontrollsysteme zur Identifizierung krankheitsspezifischer zellulärer Phänotypen.
• Anwendung iPSC-basierter Modelle für ausgewählte Krankheitskontexte und mechanistische Fragestellungen.

Lysosomale Dysfunktion ist ein zentrales Merkmal vieler neurometabolischer und neurodegenerativer Erkrankungen. Sie ist eng mit Störungen der Organellhomöostase, veränderten intrazellulären Signalwegen, zellulären Stoffwechselveränderungen und krankheitsassoziierten biochemischen Prozessen verbunden. Das Verständnis dieser Veränderungen bildet eine wichtige Grundlage für die Identifizierung therapeutischer Targets und messbarer Behandlungsantworten.

Die AG Schlotawa setzt mikroskopiebasierte, biochemische, molekulare und Omics-basierte Methoden ein, um krankheitsrelevante zelluläre Phänotypen und zugrunde liegende Pathomechanismen zu charakterisieren. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der lysosomalen Funktion, Veränderungen intrazellulärer Signalwege und krankheitsassoziierten biochemischen Veränderungen.

Unsere Expertise umfasst:

• Analyse lysosomaler Funktion mittels enzymatischer Aktivitätsassays.
• Quantifizierung krankheitsrelevanter Speichermaterialien, einschließlich Glykosaminoglykane und Lipide.
• Mikroskopiebasierte Analyse der lysosomalen Morphologie, Verteilung und zellulären Organisation.
• Analyse intrazellulärer Signalwege und krankheitsrelevanter biochemischer Mechanismen.
• Omics-basierte Analyse intrazellulärer Pathomechanismen, einschließlich lysosomenbezogener Ansätze zur Untersuchung krankheitsrelevanter Veränderungen.

Die Identifizierung neuer therapeutischer Ansätze erfordert robuste zelluläre Assays, die krankheitsrelevante Pathologien abbilden und Behandlungseffekte in vitro messbar machen. Solche Assays sind sowohl für gezielte therapeutische Strategien als auch für ungerichtete Screening-Strategien essenziell.

Die AG Schlotawa entwickelt und validiert mikroskopiebasierte und biochemische Assays zur Quantifizierung krankheitsassoziierter Phänotypen und therapeutischer Effekte. Diese Methoden unterstützen Drug-Repurposing-Ansätze sowie mittel- bis hochdurchsatzbasierte Compound-Screenings in primären Zellen und zellulären Krankheitsmodellen. Die etablierten Workflows ermöglichen die Identifizierung und funktionelle Charakterisierung von Substanzen, die krankheitsrelevante zelluläre Phänotypen modulieren.

Unsere Expertise umfasst:

• Entwicklung und Validierung krankheitsrelevanter zellulärer und biochemischer Assays.
• Etablierung biochemischer und mikroskopiebasierter Hochdurchsatzscreening-Ansätze.
• Compound-Screening zur Identifizierung von Substanzen, die krankheitsassoziierte Phänotypen modulieren.
• Drug-Repurposing-Ansätze mit zugelassenen oder klinisch fortgeschrittenen Substanzen.
• Funktionelle Charakterisierung pathogener Varianten bei genetischen Erkrankungen.

Schlotawa L, Tyka K, Kettwig M, Ahrens-Nicklas RC, Baud M, Berulava T, Brunetti-Pierri N, Gagne A, Herbst ZM, Maguire JA, Monfregola J, Pena T, Radhakrishnan K, Schröder S, Waxman EA, Ballabio A, Dierks T, Fischer A, French DL, Gelb MH, Gärtner J. 2023. Drug screening identifies tazarotene and bexarotene as therapeutic agents in multiple sulfatase deficiency.
EMBO Mol Med 15(3): e14837.

Pham V, Sertori Finoti L, Cassidy MM, Maguire JA, Gagne AL, Waxman EA, French DL, King K, Zhou Z, Gelb MH, Wongkittichote P, Hong X, Schlotawa L, Davidson BL, Ahrens-Nicklas RC. 2024. A novel iPSC model reveals selective vulnerability of neurons in multiple sulfatase deficiency.
Mol Genet Metab 141(2):108116.

Presa M, Pham V, Ray S, Piec PA, Ryan J, Billings T, Coombs H, Schlotawa L, Lund T, Ahrens-Nicklas RC, Lutz C. 2024. Bone marrow transplantation increases sulfatase activity in somatic tissues in a multiple sulfatase deficiency mouse model.
Commun Med (Lond) 4(1):215.

Fleming A, Xuan LZ, Sanchez-Elexpuru G, Williams SV, Windell D, Gelb MH, Herbst ZM, Schlotawa L, Rubinsztein DC*. 2022. Unexpected Phenotype Reversion and Survival in a Zebrafish Model of Multiple Sulfatase Deficiency.
Front Cell Dev Biol 10: 843079.

Schlotawa L, Wachs M, Bernhard O, Mayer FJ, Dierks T, Schmidt B, Radhakrishnan K. 2018. Recognition and ER Quality Control of Misfolded Formylglycine-Generating Enzyme by Protein Disulfide Isomerase.
Cell Rep 24(1):27-37 e24.

Schlotawa L, Sanchez-Elexpuru G, Lopez A, Rubinsztein DC, Fleming A. 2023. An inducible expression system for the manipulation of autophagic flux in vivo.
Autophagy 19(5):1582-1595.

Schlotawa L, Preiskorn J, Ahrens-Nicklas R, Schiller S, Adang LA, Gärtner J, Friede T. 2020. A systematic review and meta-analysis of published cases reveals the natural disease history in multiple sulfatase deficiency.
J Inherit Metab Dis 43(6): 1288-1297.

Adang LA, Schlotawa L, Groeschel S, Kehrer C, Harzer K, Staretz-Chacham O, Silva TO, Schwartz IVD, Gärtner J, De Castro M, Costin C, Montgomery EF, Dierks T, Radhakrishnan K, Ahrens-Nicklas RC. 2020. Natural history of multiple sulfatase deficiency: Retrospective phenotyping and functional variant analysis to characterize an ultra-rare disease.
J Inherit Metab Dis 43(6): 1298-1309.

Sorrentino NC, Presa M, Attanasio S, Cacace V, Sofia M, Zuberi A, Ryan J, Ray S, Petkovic I, Radhakrishnan K, Schlotawa L, Ballabio A, Lutz C, Brunetti-Pierri N. 2023. New mouse models with hypomorphic SUMF1 variants mimic attenuated forms of multiple sulfatase deficiency.
J Inherit Metab Dis. 46(2):335-347.