Generierung spezifischer Mutationen für dilatative versus hypertrophe Kardiomyopathie in isogenen humanen induzierten pluripotenten Stammzellen zur Verwendung als Krankheitsmodell und zur Analyse molekularer Signalwege

• Antragsteller: Dr. Timon Seeger
• Fachliche Zuordnung: Kardiologie, Angiologie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 259402157

Kardiomyopathien sind eine Hauptursache kardialer Erkrankungen aller Altersgruppen. Familiäre dilatative Kardiomyopathie (DCM) und hypertrophe Kardiomyopathie (HCM) führen zu Herzinsuffizienz und plötzlichem Herztod. Sie basieren auf Mutationen in Genen des Sarkomers, des Zytoskeletts, der Mitochondrien sowie des Kalzium-Metabolismus. Bisherige Untersuchungen haben sich vor allem auf die strukturellen Auswirkungen in den betroffenen Kardiomyozyten fokussiert. Die genauen molekularen Mechanismen, die zur Ausprägung der kardialen Phänotypen führen, sind noch nicht aufgeklärt. In dem komplexen Zusammenspiel kardialer Signalkaskaden spielen microRNAs (miRs) eine wichtige regulatorische Rolle, und spezifisch dysregulierte miRs sind im Rahmen von Kardiomyopathien beschrieben worden. Kürzlich wurden induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs) aus Fibroblasten von Kardiomyopathie-Patienten generiert und pathophysiologische Veränderungen konnten an daraus entstandenen, differenzierten Kardiomyozyten (iPSC-CMs) in vitro nachvollzogen werden. Dies eröffnet die Möglichkeit, iPSC-CMs von Patienten als spezifisches Krankheitsmodell zu verwenden.  Im Rahmen des hier vorgestellten Forschungsprogramms sollen isogene iPSCs generiert werden, bei denen mit Techniken des Genom-Editierens spezifische Mutationen für DCM bzw. HCM induziert werden, und die so als spezifisches Krankheitsmodell mit isogenetischer Kontrolle dienen. Die erhaltenen isogenen iPSC-CMs werden phänotypisch in Hinblick auf Zellgröße und Zellstruktur, Kontraktionsstärke, Elektrophysiologie sowie die Reaktion auf Stressoren analysiert.  Insbesondere sollen zelluläre Signalkaskaden, welche im Rahmen von Kardiomyopathien als dysreguliert beschrieben worden sind, auf RNA und Proteineben analysiert werden, um deren Relevanz in dem konstruierten Krankheitsmodell zu testen. Vorrangig wird die Expression von miR-145 (überexprimiert bei DCM und HCM), miR-208/b und miR-21/miR-129/miR-212 (hochreguliert bei DCM), miR-1/miR-133 (Kontrolle kardialer Hypertrophie) und miR-204 sowie miR-221 (Überexpression bei HCM) untersucht. Neben diesen spezifischen Mechanismen werden globale Expressionsanalysen des Transkriptoms und MiRnoms mittels RNA-Sequenzierung und Breitspektrum-Analysen auf Proteinebene durchgeführt, um bislang unbekannte Unterschiede im Expressionsprofils und auf Ebene der Signalpfade bei DCM bzw. HCM aufzudecken. Schließlich werden spezifische Unterschiede dieser Analysen als Ausgangspunkt genommen, um in-vitro therapeutische Ansätze zu entwickeln, welche die Ausprägung des Kardiomyopathie-Phänotyps verhindern bzw. ihm entgegenwirken.  Zusammenfassend ist das übergeordnete Ziel des beantragten Arbeitsprogramms, Kardiomyopathie-spezifische, isogene iPSC-CMs als Krankheitsmodell zu generieren, um bislang vermutete molekulare Mechanismen der Krankheitsentwicklung präziser zur charakterisieren und neue Signalpfade zu entschlüsseln, als Ausgangsbasis zur Entwicklung spezifischer Therapieansätze.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Joseph Wu, Ph.D.