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2021 April - Evgenii Tretiakov

Evgenii Tretiakov

MedUni Wien RESEARCHER OF THE MONTH, April 2021

Die Jury „Researcher of the Month” verleiht die Auszeichnung für diesen Monat Herrn Evgenii Tretiakov aus Anlass der im Top-Journal „Nature“ (IF 2019: 42.779) erschienenen Arbeit „Molecular design of hypothalamus development“ [1].
Die multidisziplinäre Studie entstand im Rahmen des PhD-Studiums von Evgenii Tretiakov beim Zentrum für Hirnforschung (ZfH) in der Arbeitsgruppe von Univ. Prof. Dr. Tibor Harkany (Leiter der Abt. Molekulare Neurowissenschaften und Principal Investigator an der Abt. Medizinische Biochemie & Biophysik des Karolinska Institut, Schweden) mit Mentoring von Ass. Prof. Dr. Roman Romanov in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Univ. Prof. Igor Adameyko, PhD (Leiter der Abt. Neuroimmunologie), der Arbeitsgruppe von Univ. Prof. Dr. Christoph Bock, PhD (Leiter des Instituts für Artificial Intelligence and Decision Support und Principal Investigator beim CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften) und Univ. Prof. Dr. Tomas Hökfelt (Principal Investigator des Instituts für Neurowissenschaften, Karolinska Institut, Schweden).

Designlogik der Hypothalamusentwicklung kartiert durch einzellige RNA-seq

Der Hypothalamus ist evolutionär ein alter Teil des Gehirns, er ist ein ventraler Teil des Zwischenhirns und liegt knapp über der vorderen Hypophyse (Adenohypophyse). Es enthält funktionell konservierte Zelltypen, die im gesamten eukaryotischen Lebensbaum beobachtet werden können, von Ringelwürmern bis zu Wirbeltieren. Es fungiert als homöostatischer Hauptregulator, um Aktivitäten zu modulieren, die für das Leben von entscheidender Bedeutung sind. Die Funktionen des Hypothalamus umfassen die Kontrolle der Fortpflanzung, Stressreaktionen, Schlaf- und Tag-Nacht-Zyklen, Wachstum und Energiebilanz, Thermoregulation, Nahrungs- und Flüssigkeitsaufnahme und Körpergewicht [1–5]. Außerdem spielt der Hypothalamus eine Rolle bei emotionalen und sozialen Verhaltensweisen [1, 5]. Der Hypothalamus kann diese komplexen Prozesse regulieren, indem er als integrierender Knoten eines minimalen Volumens fungiert. Es enthält also einen Komplex neuroendokriner Befehlszellen, die hormonelle Reaktionen gegen nahezu jeden Umweltreiz auslösen, den man im Laufe des Lebens erfährt. Zweifellos geht es bei der folgenden Frage um die evolutionäre Etablierung und Entwicklung des Hypothalamus, die jedoch noch nicht verstanden wird.

Die im Top-Journal "Nature" veröffentlichte Studie stützte sich hauptsächlich auf die Einzelzell-RNA-Sequenzierung, die fortschrittlichste Methode, um Tausende einzelner Transkriptome gleichzeitig zu profilieren [1]. Die Arbeit vertiefte die Erkenntnisse über Transkriptomik, Epigenetik und Humangenomik, die es ermöglichten, Differenzierungsverläufe von neuronalen und glialen Vorläuferzellen und anderen Zellen abzuleiten und regulatorische Transkriptionsfaktorkaskaden zusammen mit der translationalen Kartierung klinischer Daten einer genomweiten Assoziationsstudie zur britischen Biobank-Kohorte zu rekonstruieren. Erstens bleiben quasistabile unreife Intermediate für GABA-Neuronen hängen und werden nacheinander erschöpft, um die Flexibilität bei der Erweiterung funktional unterschiedlicher Neurokreise durch eine potenzielle Anpassungsquelle im sich entwickelnden Gehirn des Säuglings sicherzustellen. Zweitens schreibt die vielseitige Entwurfslogik der Entwicklung die Entfaltung genetischer Programme für Neurogenese, Zellmigration und Synaptogenese über SLIT-ROBO-gesteuerte Signale vor, die für die Harmonisierung der Regulierungsmodule über verschiedene Komplexitätsstufen hinweg entscheidend sind: molekulare Wege, Zelllinien und sogar nukleare und nukleare und laminare Gehirnstrukturen. Drittens zeigen ausgeprägte wirkungsvolle Transkriptionsfaktorkaskaden, die hauptsächlich die Differenzierungsprozesse bei der Entwicklung von Hypothalamus steuern, eine verringerte Anzahl von "Master"-Genpolymorphismen. Darüber hinaus könnte die Zuordnung der Assoziationen zu kumulativen Störungen über Transkriptionsfaktorkaskaden hinweg ein biologisch plausibles Ziel für komplexe Merkmale darstellen, um das Problem der „fehlenden Erblichkeit“ zu vermeiden.

Insgesamt erwarten wir, dass diese Ergebnisse künftige Untersuchungen zur Analyse hypothalamischer neuronaler Schaltkreise, der metabolischen Kopplung zwischen Glia und Neuronen sowie der Pathogenese angeborener und erworbener metabolischer und psychiatrischer Störungen vorantreiben werden.

Wissenschaftliches Umfeld

Evgenii Tretiakov interessiert sich für die Entwicklung und Evolution von Regulierungssystemen, Stoffwechsel und mtDNA. Er hat sowohl Erfahrung in der experimentellen Arbeit als auch in der bioinformatischen Analyse von Daten. Zuvor arbeitete er im Labor für Neurobiologie und Medizinische Physik (Leitung: Dr. Vitaliy Kasymov; Dr.in Oksana Tuchina, PhD) der Baltischen Föderalen Immanuel-Kant-Universität an Projekten zur Neurogenese und Determinanten der zellulären Differenzierung (14.575.0021.0074 «Entwicklung von optoelektronischen und chemogenetischen Methoden der Registrierung und Korrektur von Neurogenese-Störungen»; 14.575.0021.0036  «Entwicklung der genetischen Kontrolle der Exozytose»). 2016-2017 erhielt Evgenii Tretiakov das Russian Academic Excellence Project 5-100 Einzelforschungsstipendium und das höchste staatliche akademische Stipendium in der Nominierung "Wissenschaft". Er hatte auch einen Forschungsaufenthalt unter der Leitung von Univ. Prof. Dr. Philipp Khaitovich in Skoltech Center for Computational & Systems Biology. Evgenii Tretiakov begann auch die Zusammenarbeit mit Dr. Konstantin Popadin (Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, Schweiz), der auch an aktuellen Studien teilnahm, und konzentrierte sich auf Transkriptom-Störungen und embryonale Selektion durch Mutationsbelastung.

Nach vierjährigem Fachstudium begann er die Zusammenarbeit mit Ass. Prof. Dr. Roman Romanov. Sie erhielten ein Stipendium des Russian Academic Excellence Project 5-100, dass es Evgenii ermöglichte, ein Praktikum im Zentrum für Hirnforschung bei Univ. Prof. Dr. Tibor Harkany zu absolvieren. So sammelte er Erfahrungen mit dem Phänotyp von dopaminergen Neuronen in der Entwicklung und publizierte eine Arbeit über "Neuronen des Hypothalamus sind empfindlich auf Amphetamin-Effekte in der Embryonalperiode". Später verteidigte er die Dissertation "Zelluläre Diversität von Hypothalamusneuronen durch Einzelzell-Transkriptomics" an der Baltischen Föderalen Immanuel-Kant-Universität unter der Leitung von Ass. Prof. Dr. Roman Romanov. Seit 2018 ist er im Rahmen eines FWF-finanzierten doc.funds Projektes (Doc. 33-B27) in der Arbeitsgruppe von Univ. Prof. Dr. Tibor Harkany als PhD Student tätig.
Unter den wichtigsten Arbeiten beteiligte er sich an Arbeiten zur physiologischen Regulation und Genetik der Mechanismen des Energiestoffwechsels und der Anpassung an akuten Stress, die in „Cell“ und im „EMBO Journal“ veröffentlicht wurden. [2, 3, 6].

Zur Person

Evgenii Tretiakov wurde am 30.05.1994 in Russland geboren. Von 2013 bis 2018 absolvierte er an der Baltischen Föderalen Immanuel-Kant-Universität einen Fachabschluss in Bioengineering und Bioinformatik. In 2018 begann er sein Doktoratsstudium im PhD-Programm „Medizinische Neurowissenschaften“ an der Medizinischen Universität Wien und am Zentrum für Hirnforschung (ZfH) zu arbeiten.

Ausgewählte Literatur

  1. Romanov RA, Tretiakov EO, Kastriti ME, Zupancic M, Häring M, Korchynska S, et al. Molecular design of hypothalamus development. Nature. 2020;582:246–52. doi:10.1038/s41586-020-2266-0.
  2. Alpár A, Zahola P, Hanics J, Hevesi Z, Korchynska S, Benevento M, et al. Hypothalamic CNTF volume transmission shapes cortical noradrenergic excitability upon acute stress. EMBO J. 2018;37:e100087. doi:10.15252/embj.2018100087.
  3. Orthofer M, Valsesia A, Mägi R, Wang Q-P, Kaczanowska J, Kozieradzki I, et al. Identification of ALK in Thinness. Cell. 2020;181:1246-1262.e22. doi:10.1016/j.cell.2020.04.034.
  4. Romanov RA, Zeisel A, Bakker J, Girach F, Hellysaz A, Tomer R, et al. Molecular interrogation of hypothalamic organization reveals distinct dopamine neuronal subtypes. Nat Neurosci. 2017;20:176–88. doi:10.1038/nn.4462.
  5. Romanov RA, Alpár A, Hökfelt T, Harkany T. Unified Classification of Molecular, Network, and Endocrine Features of Hypothalamic Neurons. Annu Rev Neurosci. 2019;42:1–26. doi:10.1146/annurev-neuro-070918-050414.
  6. Korchynska S, Krassnitzer M, Malenczyk K, Prasad RB, Tretiakov EO, Rehman S, et al. Life-long impairment of glucose homeostasis upon prenatal exposure to psychostimulants. EMBO J. 2020;39:e100882. doi:10.15252/embj.2018100882.

Evgenii Tretiakov

Evgenii Tretiakov
Medizinische Universität Wien
Zentrum für Hirnforschung
Abt. Molekulare Neurowissenschaften
Spitalgasse 4
1090 Wien

T: +43 (0)1 40160-34051
evgenii.tretiakov@meduniwien.ac.at