Untersuchung der Rolle von SHOX2 in der Pathogenese von Herzrhythmusstörung mit humanen Stammzellen als Modellsystem

• Antragstellerin: Dr. Sandra Hoffmann
• Fachliche Zuordnung: Humangenetik ; Kardiologie, Angiologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 493726818

Bei einem gesunden Herzen sorgt der Sinusknoten im rechten Vorhof für regelmäßige Kontraktionen des Herzmuskels. Herzrhythmusstörungen sind krankhafte Abweichungen vom normalen Herzschlag und gehören zu den häufigsten Herzerkrankungen. In den vergangenen Jahren war sowohl bei der Häufigkeit als auch der damit verbundenen Sterblichkeit ein deutlicher Anstieg zu verzeichnen. Vorhofflimmern (VHF) zählt zu den häufigsten Formen von Herzrhythmusstörungen. Unter einer Sinusknotendysfunktion (SND) werden verschiedene Manifestationen einer gestörten Schrittmacherfunktion zusammengefasst. Beide Störungen treten oft gemeinsam auf. Die Ursache und die molekularen Pathomechanismen sind jedoch unzureichend geklärt. Offenbar können genetische Ursachen zu einer gemeinsamen Symptomatik führen. Es ist daher von hoher Dringlichkeit die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen besser zu verstehen, um neuartige Therapiekonzepte zu entwickeln. SHOX2 spielt bei der Entwicklung des Sinusknotens eine entscheidende Rolle. Dies wurde durch verschiedene Tiermodelle eingehend untersucht und belegt. Beim Menschen konnten Mutationen im SHOX2-Gen bei Patienten mit VHF und SND identifiziert werden. Im beantragten Projekt soll SHOX2 als molekulares Werkzeug dienen, um die Beziehung beider Erkrankungen besser zu verstehen und aufzuklären. Wir wollen die Rolle von SHOX2-abhängigen genregulatorischen Netzwerken in einem menschlichen Krankheitsmodell mit Hilfe von induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSCs) untersuchen. iPSCs von VHF-Patienten mit kodierenden und regulatorischen SHOX2 Punktmutationen sowie SHOX2 knockout-iPSCs (die den in Tiermodellen beobachteten Phänotyp der SND widerspiegeln) werden bei der Untersuchung dieser Zusammenhänge von großer Bedeutung sein. Um zu verstehen, wie transkriptionelle Effekte bestimmter zugrunde liegender Mutationen zu pathogenen Phänotypen führen, sollen die Zusammenhänge zwischen der Genomstruktur und Veränderungen in den globalen Genexpressionsmustern auf zellulärer Ebene entschlüsselt werden. Einzelzell-RNA- und -ATAC-Sequenzierungen von patienten-spezifischen und knockout-iPSC-abgeleiteten Kardiomyozyten, die Mutationen im SHOX2-Gen tragen, zusammen mit isogenen Kontrollen werden es uns ermöglichen, krankheitsrelevante genetische Netzwerke zu entschlüsseln. Dabei sollen Veränderungen in atrialen und nodalen iPSC-abgeleiteten Zellpopulationen aus 2D- und 3D-Modellen untersucht werden, um die Entstehung komplexer Phänotypen wie VHF und SND besser zu verstehen. Die integrierte Analyse von RNA- und ATAC-Sequenzierungsdaten auf Einzelzell-Ebene wird dabei transkriptionelle und epigenetische Regulationen aufklären, die bei diesen Erkrankungen eine entscheidende Rolle spielen und zur Aufklärung der zugrunde liegenden molekularen Pathomechanismen wesentlich beitragen. Darüber hinaus bietet dieser innovative Ansatz ein präklinisches Modell für die Auswahl und Untersuchung neuer therapeutischer Ansätze auf dem Weg zur personalisierten Medizin.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen