Präzise Ablation der pathogenen CaMKIIδ9 als therapeutischer Ansatz für kardiale Erkrankungen

• Antragsteller: Dr. Philipp Hegner; Professor Dr. Simon Lebek
• Fachliche Zuordnung: Kardiologie, Angiologie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 554804344

Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind weltweit die Haupttodesursache und sind für über ein Drittel aller Todesfälle verantwortlich. Trotz neuer pharmakologischer und interventioneller Therapien bleibt die Prognose stark eingeschränkt, da aktuelle Therapien entweder bei bestimmten Patienten nicht wirken oder mit schweren Nebenwirkungen einhergehen. Deshalb sind neue und verbesserte Ansätze dringend erforderlich. Die kardiale Stress-Kinase CaMKIIδ ist bei Herzinsuffizienz überaktiviert und moduliert die zelluläre Ionenhomöostase sowie das kardiale Transkriptom, was letztlich zu kardialer Dysfunktion führt. Von den 11 verschiedenen Spleißvarianten im menschlichen Herzen ist die CaMKIIδ9 die häufigste zytosolische Variante und wurde kürzlich mit der Entwicklung einer Herzinsuffizienz in Verbindung gebracht. Bemerkenswerterweise erwies sich ein CaMKIIδ9-Knockout in der Mauskeimbahn als überlegen gegenüber dem pan-CaMKIIδ-Knockout. Da CaMKIIδ9 die einzige relevant exprimierte myokardiale Spleißvariante ist, die Exon 16 des CAMK2D-Gens enthält, ist dieses Exon ein ideales Ziel für Präzisionsmedizin. Unser Ziel ist es, eine CRISPR-Cas9-Geneditierungsstrategie zu entwickeln, um die Spleißakzeptor-/donorstellen von Exon 16 zu modifizieren und es damit unsichtbar für den zellulären Spleißapparat zu machen. Auf diese Weise wird die pathogene CaMKIIδ9 gezielt eliminiert, während die physiologischen CaMKIIδ Funktionen erhalten bleiben. Nach einem umfangreichen Design und Vergleich in HEK293-Zellen, werden die effizientesten Editierungsstrategien in humanen Stammzellen (iPSCs) getestet. Homozygote iPSC-Linien (±CAMK2D-Edit) werden zu Kardiomyozyten (iPSC-CMs) differenziert, und eine erfolgreiche Ablation von CaMKIIδ9 auf cDNA- und Proteinebene validiert. Wir vermuten, dass die gezielte Elimination von CaMKIIδ9 Schutz vor einer Vielzahl von Herzerkrankungen bietet. Daher werden iPSC-CMs Modellen wie Hypoxie/Reoxygenierung (Ischämie/Reperfusionsschaden), Isoproterenol (chronischer β-adrenerger Stress) und hohem Glukosegehalt (Diabetes) ausgesetzt. Funktionelle Vorteile nach der Editierung werden durch Untersuchung der zellulären Natrium- und Kalziumhomöostase (Fluoreszenzmikroskopie) und Apoptose (TUNEL) charakterisiert. Anschließend werden Mäuse einer operativen Aortenverengung (TAC) ausgesetzt und die CaMKIIδ9 in vivo mit Hilfe eines Virus herzspezifisch eliminiert. Wir werden klinisch relevante Endpunkte wie kontraktile Dysfunktion und Arrhythmien analysieren und erwarten, dass diese bei editierten Mäusen verbessert ausfallen. Schließlich werden wir kultivierte myokardiale Trabekel von Patienten mit Herzinsuffizienz ex vivo ebenfalls mittels Geneditierung behandeln und die Kontraktilität analysieren. Mittels CRISPR-Cas9-Geneditierung soll die pathogene CaMKIIδ9 exklusiv in Kardiomyozyten, präzise und dauerhaft eliminiert werden. Dies könnte zu einer neuen und verbesserten Strategie führen, die anhaltende therapeutische Vorteile mit weniger Nebenwirkungen bietet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen