Entwicklung von CRISPR-Editoren zur Modellierung und Behandlung von Herzkrankheiten

• Antragsteller: Professor Dr. Julian Grünewald
• Fachliche Zuordnung: Kardiologie, Angiologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 502106724

Eine Reihe von Herzerkrankungen sind vielversprechende Kandidaten für Genomeditierungsverfahren, darunter auch einige Formen der dilatativen Kardiomyopathie (DCM), die eine führende Ursache für Herztransplantationen ist. CRISPR-basierte Editierung hat großes Potential für die Behandlung genetischer Erkrankungen und laufende Phase I Studien zeigen hierzu vielversprechende Ergebnisse. Basen- und Primeeditoren sind neue Plattformen, die auf CRISPR-programmierter Deamination und reverser Transkription beruhen. Diese Technologien erlauben die präzise Installation von DNS Einzelbasen-Substitutionen, sowie von kleinen DNS Insertionen und Deletionen, bei gleichzeitiger Vermeidung von DNS-Doppelstrangbrüchen, in deren Folge sonst Insertions-Deletions Nebenprodukte entstehen (sog. Indels). Jedoch bringen diese neuen Editoren auch neue Herausforderungen mit sich, insbesondere was ihre Größe und zell-spezifischen Unterschiede der Editierungseffizienzen angeht. Diese Aspekte können die translationale Nutzung erschweren. Zur kardiologischen Krankheitsmodellierung werden CRISPR-Editoren meist in induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSCs) angewandt, woraufhin die Zellen zu iPSC-derivierten Kardiomyozyten (iPSC-CMs) differenziert werden. Jedoch wäre zur Entwicklung klinisch relevanter Genomeditierungsansätze die direkte Testung und Optimierung im Kardiomyozyten essentiell. Daher schlage ich vor, das therapeutische Potential von CRISPR Nukleasen, Basen- und Primeeditoren zur Behandlung von Herzerkrankungen, wie der DCM, zu optimieren. Hierzu werde ich (1.) diese Editoren direkt in iPSC-CMs und in kultivierbaren Herzgewebsschnitten auf ihre Effizienz und Anlieferungsfähigkeit testen und gleichzeitig funktionelle Effekte der Genomeditierung untersuchen. Zudem werde ich (2.) neue Editoren entwickeln, die aufgrund ihrer reduzierten Größe leichter in Zielgewebe angeliefert werden können. Auch werde ich durch Untersuchung der Genexpression einzelner Zellen, sowie durch CRISPR-basierte Screeningverfahren ermitteln, welche Zusammenhänge zwischen DNS-Reparaturmechanismen und der Effizienz von Genomeditierung in Kardiomyozyten bestehen. Durch gezielte Modulation dieser Mechanismen werde ich neue Editoren entwickeln, die auf effiziente und präzise Genomeditierung in Kardiomyozyten ausgerichtet sind. Schließlich werde ich (3.) die neuesten CRISPR Basen- und Primeeditoren nutzen, um eine DCM-verursachende Mutation im Titin-Gen in iPSC-CMs und im Mausmodell zu beheben. Mithilfe dieses Ansatzes möchte ich das Verhältnis von Genomeditierungseffizienz und phänotypischer Auswirkung untersuchen. Zudem möchte ich bestimmen, zu welchem Zeitpunkt (bzw. Alter) die therapeutische Genomeditierung optimalerweise in der Maus durchgeführt werden sollte, um den DCM-Phänotyp zu modulieren oder zu beheben. Zusammenfassend wird dieses Projekt - CRISPR-Heart - hocheffiziente und präzise „DNA-Interventionen“ erschließen, zur Modellierung und Behandlung von Herzerkrankungen.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen