Funktionelle genomische Analyse der leukämischen Evolution bei Kindern mit Down Syndrom durch CRISPR-Cas Genomeditierung

• Antragsteller: Professor Dr. Dirk Heckl
• Fachliche Zuordnung: Kinder- und Jugendmedizin ; Hämatologie, Onkologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 276311671

Akute myeloische Leukämien stellen eine heterogene Gruppe klonaler Erkrankungen der hämatopoetischen Stamm- und Progenitorzellen (HSPC) dar, deren schrittweise Evolution durch das Akquirieren von kooperierenden Mutationen geprägt wird. Die Darstellung dieser schrittweisen Evolution im humanen System und die Ermittlung der Kooperation der beitragenden Mutationen war bis dato durch das Fehlen geeigneter Methoden und Systeme kaum möglich und erforderte im murinen System arbeits-, kosten- und zeitintensive Generierung und Kreuzungen von transgenen Mäusen. Wir haben ein lentivirales CRISPR-Cas (clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)-CRISPR-associated) System entwickelt, das die Einführung von mehreren loss-of-function Mutationen in einer HSPC erlaubt. Mithilfe dieses Systems werden wir die Leukämogenese der myeloischen Leukämie von Kindern mit Down Syndrom (ML-DS) beleuchten. Bei 5-30% aller Neugeborenen mit DS tritt eine transiente abnormale Myelopoese (TAM) mit Charakteristika einer Leukämie auf, die in 20-30% der Fälle in eine ML-DS übergeht. Über 95% der Kinder mit ML-DS und TAM tragen Mutationen im Gen des hämatopoetischen Transkriptionsfaktors GATA1 (GATA1s), welche als kausativ für die TAM identifiziert wurden, jedoch unzureichend für die Entwicklung einer ML-DS sind.In einem internationalen Konsortium haben wir durch Exomsequenzierung zahlreiche Mutationen vom Übergang der TAM zur ML-DS identifiziert. Neben der hohen Prävalenz von Mutationen in Tyrosinkinasen und Wachstumsfaktorrezeptor-assoziierten Genen war besonders die Häufigkeit von Mutationen in Genen des Cohesin-Komplexes und verschiedener Histonmodifikatoren auffällig. Diese werden wir mit dem lentiviralen CRISPR-Cas Systems sowie klassischem lentiviralen Gentransfer in humane TL-Blasten sowie murine Gata1s-knock-in Mäuse einbringen und den erzielten Effekt molekular charakterisieren. Dadurch werden wir klären können, welche Mutationen im Zusammenspiel mit GATA1s und Trisomie 21 für die Pathogenese der ML-DS verantwortlich sind und welche molekularen Ereignisse den Transformationsprozess von der TAM zur ML-DS leiten. In einem CRISPR-Cas basierten Screening werden wir das gewonnene Verständnis in neue therapeutische Ansätze umwandeln und damit das gezielte Eingreifen vor Entwicklung der ML-DS, oder eine spezifische Beseitigung nach Manifestation der ML-DS, in Zukunft ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen