Transkription sarkomerischer Gene in Bursts als Pathogenesefaktor der Hypertrophen Kardiomyopathie

• Antragstellerinnen: Professorin Dr. Theresia Kraft; Professorin Dr. Judith Montag
• Fachliche Zuordnung: Kardiologie, Angiologie ; Anatomie und Physiologie
• Förderung: Förderung seit 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 266761022

Die meisten Patienten mit Hypertropher Kardiomyopathie (HCM) tragen heterozygote Mutationen in sarkomerischen Genen. Die Mutationen führen zu veränderter Kraftgenerierung der Kardiomyozyten (CMs). Unsere Untersuchungen an CMs aus Patientenmyokard zeigten jedoch höchst unterschiedliche Kräfte einzelner CMs des jeweiligen Patienten, die Heterogenität war signifikant größer als zwischen Donor-CMs. Unsere Hypothese ist, dass diese contractile imbalance zwischen benachbarten CMs bei HCM während der Systole die koordinierte Funktion des kardialen Synzytiums stört. Dies führt langfristig zur Aktivierung pro-fibrotischer und pro-hypertropher Signalwege und trägt so zur Pathogenese der HCM bei. Bei der Aufklärung der Ursache der contractile imbalance beobachteten wir, dass mutiertes (MUT) und Wildtyp (WT)-Allel in stochastischen und unabhängigen Bursts transkribiert wird. Dies führt zu ungleichen Anteilen an MUT und WT mRNA bzw. Protein von CM zu CM und damit höchstwahrscheinlich zur contractile imbalance zwischen den CMs. Bislang konnten wir die Transkription in Bursts und die transkriptionelle und funktionelle Heterogenität an CMs aus Myokard von HCM-Patienten zum Zeitpunkt der Gewebeentnahme darstellen. Ziele des beantragten Projekts sind, die Kinetik der Bursts zu analysieren sowie Bursts und Heterogenität zu modulieren. Im Fokus stehen dabei der kausale Zusammenhang zwischen Bursts und transkriptioneller und funktioneller Heterogenität sowie Untersuchungen zur Verringerung der Heterogenität. Als Modell für diese Untersuchungen werden Kardiomyozyten aus humanen, pluripotenten Stammzellen (hPSC-CMs) mit der MYH7-Mutation R723G und WT-Kontrollen eingesetzt. Es werden Reporterzelllinien für die Echtzeit-Visualisierung der allelspezifischen Transkription und den Nachweis von WT und MUT β-Myosin generiert. In diesen Zellen wird die Burstkinetik analysiert und moduliert. Die parallele Analyse der Verteilung von WT- und MUT-mRNA und -Protein und der Kontraktilität einzelner hPSC-CMs ermöglicht eine direkte Assoziation der Bursts mit der Heterogenität von allelischer Expression und funktionellen Parametern. Außerdem soll über eine spezifische Inhibition des mutierten Allels die Heterogenität verringert werden.In humanem Myokard und in hPSC-CMs werden wir die Beziehung zwischen allelischer Imbalance und pro-hypertropher und pro-fibrotischer Genexpression in einzelnen CMs analysieren und den Einfluss der contractile imbalance auf Genexpression und Chromatinmodulation mittels RNA- und ChIP-Sequenzierung untersuchen. Dadurch wollen wir Signalwege, die abhängig von der Expression des mutierten Allels verändert sind, als mögliche therapeutische Ziele zur spezifischen Inhibition sekundärer Mutationseffekte identifizieren. Durch Analysen der Auswirkungen verschiedener Modulatoren der Sarkomerfunktion auf die variable Kraftgenerierung von CM zu CM wollen wir überprüfen, ob über diesen Angriffspunkt eine Reduktion der funktionellen Heterogenität möglich ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen