Kontraktiles Ungleichgewicht zwischen Kardiomyozyten als pathogenetischer Faktor der Hypertrophen Kardiomyopathie – Untersuchungen an Kardiomyozyten aus humanen pluripotenten Stammzellen mit cMyBP-C-Mutationen.

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Theresia Kraft; Privatdozent Dr. Robert Zweigerdt
• Fachliche Zuordnung: Anatomie und Physiologie
• Förderung: Förderung seit 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 252944158

Hypertrophe Kardiomyopathie (HCM), die häufigste genetisch bedingte Herzkrankheit, wird überwiegend durch heterozygote Mutationen im Myosin-bindenden Protein C (cMyBP-C, MYBPC3) und im β-kardialen Myosin (β-MyHC, MYH7) verursacht. Mechanismen, wie viele verschiedene Mutationen zum typischen HCM-Phänotyp führen, sind unklar.Unsere Charakterisierung ventrikulärer Kardiomyozyten (CMs) von Kontrollen vs. Patienten mit MYH7-Punktmutationen bzw. mit einer MYBPC3-nonsense-Mutation, die Haploinsuffizienz bewirkt, zeigten höchst variable Kraftgenerierung und Calcium-Sensitivität von Zelle zu Zelle, sog. contractile imbalance. MYH7-MT-CMs exprimierten höchst unterschiedliche Anteile mutierter (MT) und Wildtyp (WT)-MYH7-mRNA. Patienten-Myokard mit cMyBP-C-Mutation zeigte eine mosaikartig unterschiedliche Expression von cMyBP-C-WT-Protein von Zelle zu Zelle. Wir haben Evidenz, dass diese allelische Imbalance für MYH7 bzw. MYBPC3 auf einer stochastischen, unabhängigen, burst-like Transkription beider Allele beruht. Unsere Hypothese ist, dass zumindest für MYH7- und MYBPC3-Mutationen die resultierende contractile imbalance benachbarter CMs ursächlich für HCM-typische zelluläre Unordnung (disarray) ist und zu Hypertrophie und Fibrosierung beiträgt. Für weitere Studien zur HCM haben wir in der letzten Förderperiode aus induzierten, pluripotenten Patienten-Stammzellen (hiPSC-CMs) mit MYH7-Mutationen CM-Modelle mit fast ausschließlicher β-MyHC Expression entwickelt. Eine neue Wiederfindungsmethode erlaubte Zuordnung von Funktion zu mRNA- bzw. Proteinexpression der einzelnen CMs. Die Einzelzellanalyse von MYH7-MT-hiPSC-CMs ergab u.a. HCM-typische vergrößerte Zellfläche und veränderte Kontraktionsparameter. Wie zuvor CMs aus HCM-Patientengewebe, zeigten auch die hiPSC-CMs burst-like Transkription mit variabler Expression von WT- und MT-MYH7-mRNA und damit allelische Imbalance von Zelle zu Zelle.Jedoch sind die Untersuchungen an einzelnen hiPSC-CMs nicht dazu geeignet, eine direkte Beziehung zwischen mosaikartig unterschiedlicher Protein-Expression von Zelle zu Zelle und Entwicklung von contractile imbalance, disarray, sowie Aktivierung von pro-fibrotischen und pro-hypertrophen Stimuli herzustellen. Daher wollen wir nun die contractile imbalance Hypothese an 2D-monolayer-hiPSC-CM-Kulturen mit cMyBP-C-Mutationen, die zu Haploinsuffizienz führen und eine direkte Visualisierung des Mosaiks ermöglichen, als einem Modell für ein funktionelles CM-Synzytium überprüfen. Die Kontraktions-Eigenschaften der hiPSC-CMs, deren Variabilität vermutlich contractile imbalance bewirkt, werden mittels Wiederfindungsmethode der jeweiligen Expression von WT-cMyBP-C-Protein zugeordnet. Es werden Effekte der allelic/contractile imbalance auf die Entwicklung von disarray, sowie auf Änderungen in der Gen-/Proteinexpression pro-fibrotischer und -hypertropher Marker untersucht. Zudem wird überprüft, ob auf die Kraftgenerierung wirkende Substanzen contractile imbalance reduzieren können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen