Funktionelle Charakterisierung von cis-regulatorischen Genomregionen, die mit kardiovaskulären Erkrankungen assoziiert sind

• Antragsteller: Dr. Sebastian Preißl
• Fachliche Zuordnung: Kardiologie, Angiologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 316478981

Herz-Kreislauf-Erkrankungen stellen eine der größten klinischen Herausforderungen unserer Zeit dar. Für eine normale Entwicklung und Funktion des Herzens ist eine exakte Kontrolle der Genexpression erforderlich. Enhancer sind cis-regulatorische Einheiten in nicht-kodierenden Bereichen des Genoms, die die Genexpression in einer Zelltyp-spezifischen Weise steuern können. Die Mehrheit an Einzelnukleotid-Polymorphismen (single nucleotide polymorphism, SNP), die mit dem Auftreten verschiedener Herz-Kreislauf-Erkrankungen, einschließlich angeborener Herzfehler und kardialer Hypertrophie assoziiert sind, liegen in nicht-kodierenden Bereichen des Genoms und sind angereichert in Enhancerregionen. Die funktionelle Rolle der einzelnen Enhancer ist jedoch noch weitgehend unbekannt. Das Ziel meines Projektes ist es, die molekulare Funktion von Enhancern in Kardiomyozyten in vivo zu charakterisieren. Ich erwarte, dass Enhancer, die an der Entstehung kardialer Erkrankungen beteiligt sind, die Genexpression von zentralen Regulatoren der Kardiomyozytendifferenzierung und -funktion beeinflussen. Die Teilziele meiner Studie sind:1) Charakterisierung der Dynamik der Wechselwirkung zwischen Genpromotoren und Enhancern während der Differenzierung von Kardiomyozyten aus menschlichen embryonalen Stammzellen (hESC) durch Verwendung von Hochdurchsatz-Analysen zur Untersuchung der 3D Struktur des Genoms. 2) Identifizierung von Enhancern und Krankheits-assoziierten SNPs, die von entscheidender Bedeutung für die Genexpression in menschlichen Kardiomyozyten sind. Hierfür werde ich die CRISPR/Cas9-Methode verwenden, um in hESC-Genom Enhancerregionen zu entfernen oder Einzelnukleotide auszutauschen. Funktionell relevante Sequenzvarianten und Enhancer werden anhand von Genexpressionsunterschieden in hESC-abgeleiteten Kardiomyozyten aufgedeckt. 3) Charakterisierung der Enhancerfunktionen in vivo im Mausmodel. Um die Funktion von Enhancerkandidaten in vivo zu untersuchen, werde ich konservierte Genomregionen in embryonalen Stammzellen der Maus mit der CRISPR/Cas9-Methode entfernen. Diese Zellen werden verwendet, um genetisch modifizierte Mause mittels tetraploider Komplementation zu generieren und schliesslich den kardialen Phänotyp sowie Veränderungen in der Genexpression in Kardiomyozyten zu untersuchen. Ich erwarte, dass meine Studie die molekulare Funktion von nicht-kodierenden Genomregionen aufdeckt und zu einem besseren Verständnis der Entwicklung und der Funktion des Herzens beitragen wird. Diese Ergebnisse könnten den Weg zur Entwicklung neuer Therapiestrategien für komplexe kardiale Erkrankung durch Beeinflussung der Genexpression ebnen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Bing Ren