DNA-based molecular dissection and targeting of the Gbetagamma-GRK2-interactome for ischemic cardiomyopathy treatment
Final Report Abstract
miGRK2 Projekt: Herzinsuffizienz (HI) ist eine chronische Erkrankung, gekennzeichnet durch das Unvermögen des Herzens den Organismus ausreichend mit Blut zu versorgen. Dank umfangreicher Forschung wurde die Überaktivierung neuro-humoraler Faktoren sowie die Desensitivierung G-Protein gekoppelter Rezeptoren als Gemeinsamkeiten bei der Entstehung einer HI identifiziert, wobei die G-Protein gekoppelte Rezeptorkinase 2 (GRK2) als Hauptverursacher dieser maladaptiven Anpassungen gilt. Ferner konnte nachgewiesen werden, dass sowohl Knockout also auch Inhibition von GRK2 die Entwicklung einer HI verhindert bzw. verzögert. Im Rahmen dieser Studie sollte geklärt werden, ob eine künstliche miRNA gegen GRK2 (miGRK2) eine potentielle Behandlung der HI in vivo darstellen kann. Tatsächlich führte die Gabe von Adenoassoziierten Viren (AAV.miGRK2) bei herzinsuffizienten Mäusen zu einer signifikanten Verbesserung der Herzfunktion und des Allgemeinzustandes, was das therapeutische Potenzial eines kardiospezifischen Knockdowns von GRK2 mittels spezifischer miRNAs unterstreicht. Allerdings traten bei der Etablierung dieses therapeutischen Ansatzes mehrere Hindernisse auf, die zuvor nicht absehbar waren. So mussten zunächst verschiedene Tiermodelle im Hinblick auf HI Entwicklung und Zugänglichkeit für einen gentherapeutischen Ansatz evaluiert werden. Dabei zeigte sich die Transversale Aortenkonstriktion (TAC) als vielversprechendes Modell welches im Weiteren Verwendung fand. Ferner erwies es sich als schwierig, einen robusten Knockdown von GRK2 unter Minimierung systemischer Nebenwirkungen zu erreichen. Durch Steigerung der Kardiospezifität des viralen Vektors war es schließlich möglich, nicht nur die Knockdown-Effizienz zu erhöhen, sondern auch off-target Effekte zu vermeiden. Im Sinne einer weiteren Translation haben wir eine miRNA Sequenz sowie einen viralen Vektor entwickelt, die in humanen als auch in Schweinezellen einen Knockdown von GRK2 bewirken können. Dieser Vektor kann verwendet werden, um die Ergebnisse, die im Kleintiermodell erzielt wurde, auf ein Großtiermodell zu übertragen. Zu den entwickelten viralen Vektoren und zu den entsprechenden miRNA-Sequenzen ist bei dem europäischen Patentamt eine Patentanmeldung anhängig. Wir beabsichtigen, die Ergebnisse dieser Studie zu veröffentlichen, sobald das entsprechende Patent erteilt worden ist. Parallel dazu haben wir eine Methode optimiert, mittels der AAVs in Verbindung mit Ultraschall-zerstörbaren Mizellen spezifisch und steuerbar in das Myokard von Schweinen eingebracht werden können. Darüber hinaus konnten wir weitere Erkenntnisse zur Rolle der GRK2 in pro-hypertrophen Signalwegen liefern, was eine bedeutende Grundlage für das in dieser Studie verwendete Tiermodell darstellt. RXFP1 Projekt: Ein weiteres vielversprechendes Projekt zielte darauf ab, zu ermitteln, ob die kardio-spezifische Überexpression des Relaxin-Rezeptors RXFP1 als neuartige Therapie bei Herzinsuffizienz dienen kann. Wir konnten tatsächlich zeigen, dass ventrikulärspezifische Überexpression dieses Rezeptors in Kombination mit einer chronischen Relaxin-Verabreichung die Herzfunktion in einem Tiermodell der HF verbessern kann. Wir haben ein Patent für diese Methode angemeldet und planen, die vielversprechenden Ergebnisse dieser Studie auf ein großes Tiermodell für Herzinsuffizienz zu übertragen. Damit wollen wir beide Methoden zu neuartigen Therapieansätzen für die HF-Therapie weiterentwickeln.
Publications
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Locally Targeted Cardiac Gene Delivery by AAV Microbubble Destruction in a Large Animal Model. Hum Gene Ther Methods. 2016 Apr;27(2):71-8
Schlegel P, Huditz R, Meinhardt E, Rapti K, Geis N, Most P, Katus HA, Müller OJ, Bekeredjian R, Raake PW
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G protein-coupled receptor kinase 2 promotes cardiac hypertrophy. PLoS One. 2017 Jul 31;12(7):e0182110
Schlegel P, Reinkober J, Meinhardt E, Tscheschner H, Gao E, Schumacher SM, Yuan A, Backs J, Most P, Wieland T, Koch WJ, Katus HA, Raake PW
