Entwicklung eines humanen, iPSC-basierten mikrophysiologischen Modells zur Untersuchung von Fettlebererkrankungen

• Antragsteller: Dr. Marko Gröger
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 442552105

Nicht-alkoholische Fettlebererkrankungen (NAFLD) sind die am häufigsten auftretenden Leberfunktionsstörungen in der westlichen Welt und stellen dadurch eine große Herausforderung für das Gesundheitswesen dar. NAFLD ist assoziiert mit Übergewicht, Anhäufung von Fett in der Leber und dem Risiko eine nichtalkoholische Steatohepatitis (NASH) zu entwickeln, die mit entzündlichen Prozessen einhergeht und zu Zirrhose und Krebs führen kann. Studien zeigten, dass bestimmte genetische Polymorphismen das Risiko NAFLD und NASH zu entwickeln erhöhen. Einer der am häufigsten auftretenden Risikofaktoren ist eine Punktmutation im TM6SF2 Gen (c.499C>T; rs58542926), welche zum Aminosäureaustausch E167K führt. In klinischen Studien wurde nachgewiesen, dass E167K Einfluss auf den Fettstoffwechsel hat und dadurch das Risiko für NAFLD und NASH erhöht. Außerdem zeigten Studien an Mäusen und Zellen, dass TM6SF2 am Transport von Fetten und Cholesterol beteiligt ist. Allerdings ist nicht im Detail klar, wie E167K die Funktion von TM6SF2 beeinträchtigt. Dieser Frage wollen wir nachgehen, um grundlegende Mechanismen der NAFLD/NASH Pathogenese zu verstehen und mögliche Therapieansätze zu identifizieren. Zur verbesserten translationalen Übertragbarkeit unserer Ergebnisse und Untersuchung des Risikofaktors E167K verwenden wir vollständig genetisch charakterisierte, humane induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs). Dafür haben wir iPSC Linien von NAFLD/NASH Patienten generiert, welche die Mutation TM6SF2 E167K tragen, diese wieder korrigiert und die Mutation spezifisch in iPSCs eines Spenders ohne bekannte Risikofaktoren induziert. Zur Untersuchung von Steatose und assoziierten entzündlichen Prozessen werden Hepatozyten sowie pro- und anti-entzündliche Makrophagen aus den iPSCs differenziert. Die Zellen werden dann in ein biochip-basiertes 3D Zellkulturmodell der Leber integriert, um eine verbesserte Abbildung physiologischer und pathophysiologischer Prozesse im Vergleich zu konventionellen Methoden zu erreichen. Die dafür benötigten Zelllinien, die Differenzierungsprotokolle und der Biochip stehen uns bereits zur Verfügung, weshalb wir uns auf die Untersuchung der pathophysiologischen, zellulären Mechanismen von NAFLD/NASH im Biochip fokussieren. Außerdem reduzieren wir durch Verwendung eines gemeinsamen Vorläufers zur Differenzierung von Hepatozyten und Makrophagen experimentelle Abweichungen, die durch genetische Variabilität entstehen. Nach erfolgreicher Umsetzung des Projekts werden wir die molekulare Rolle von TM6SF2 E167K weiter entschlüsseln und ein neues Modell zur Untersuchung der pathophysiologischen Mechanismen von NAFLD/NASH sowie assoziierter Risikofaktoren bereitstellen. Dieses Projekt bildet die Grundlage zur Weiterführung meiner Karriere als unabhängiger Wissenschaftler, beispielsweise durch Integration von aus iPSCs differenzierten Ito-Zellen, die insbesondere für zukünftige Studien der NAFLD/NASH-assoziierten Fibrose eine wichtige Rolle spielen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Holger Willenbring