Modellierung der Dynamik der Rekonstitution des Blutes nach Stammzelltransplantation mithilfe einer neutralen Barcode-Markierung für hochauflösende Zellverfolgung

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Privatdozentin Dr. Kerstin Cornils; Privatdozent Dr. Ingmar Glauche
• Fachliche Zuordnung: Hämatologie, Onkologie ; Bioinformatik und Theoretische Biologie
• Förderung: Förderung seit 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 319089048

Bei der hämatopoetische Stammzelltransplantation (HSZT) werden entweder Zellen eines Fremdspenders (allogen) oder körpereigener Zellen (autolog) eingesetzt, um die schädigende Wirkung der körpereigenen Blutbildung zu bekämpfen. Autologe HSZT gewinnen insbesondere für gentherapeutische Behandlungen immer mehr an Bedeutung, da körpereigene Stammzellen nach Korrektur des genetischen Defektes mit Hilfe von stabil integrierenden viralen Vektoren ohne immunologische Komplikationen in den Patienten zurückgegeben werden können. Es ist Ziel dieser gentherapeutischen Behandlung, dass diese korrigierten Zellen anwachsen und dauerhaft zur polyklonalen Hämatopoese beiträgt. Obwohl die zufällige, aber eindeutige Integrationsstelle des viralen Vektors (VIS) eine Detektion unerwünschter klonaler Expansionen ermöglicht, bleibt die genaue Quantifizierung der Klongrößen eine wesentliche Herausforderung. Es ist außerdem nicht verstanden, auf welcher Zeitskala sich genetisch veränderte Zellen in einem Rezipienten durchsetzen und wie stark dieser Prozess durch die Vorbehandlung und Zusammensetzung des Transplantats beeinflusst wird. Aufbauend auf unseren gemeinsamen Vorarbeiten zur klonalen Quantifizierung mithilfe genetischer Barcodes und Untersuchungen zum Beitrag verschiedener hämatopoetischer Subpopulationen nach HSZT adressieren wir zwei klinisch relevante Fragestellungen im Rahmen dieses Fortsetzungsantrages: (I) Wir ergänzen unser existierendes Barcode-system durch die Verwendung von unique molecular identifiers (UMIs), die es erlauben, klonale Quantifizierung von PCR-inhärenten Amplifikationsunterschieden zu entkoppeln. Wir übertragen diese Technologie auf die VIS-basierte klonale Quantifizierung und sind damit in der Lage, diese klinisch relevante Methodik mit der experimentell verwendeten Barcode-Methode zu vergleichen. (II) Wir verwenden die optimierte Methodik, um exemplarisch in einem geeigneten präklinischen Mausmodell der Fanconi-Anämien (FA) zu untersuchen, auf welche Zeitskala genetisch korrigierte Zellen in der Lage sind, mutierte Zellen zu verdrängen und eine korrigierte, polyklonale Hämatopoese zu etablieren. Wir untersuchen dabei, wie dieser Prozess durch Konditionierung, Zusammensetzung des Transplantats und zusätzliche Stressinduktion beeinflusst werden kann. Insbesondere bei FA ist die dauerhafte, polyklonale Verdrängung geschädigter Zellen von überragender Bedeutung, da nur so das Risiko für sekundäre, potentiell maligne Mutationen vermindert wird. Wir ergänzen diese Analysen durch mathematische Modelle, die es erlauben, Einflussfaktoren der klonalen Entwicklung zu quantifizieren und geeignet sind, um das potentielle Risiko abzuschätzen, das sich auch in der humanen Situation aus der verbleibenden "unkorrigierten" Hämatopoese ergibt. Die langjährige, erfolgreiche Zusammenarbeit und die projektspezifischen Vorarbeiten der Antragteller stellen sicher, dass das vorgeschlagene Arbeitsprogramm technisch machbar und erfolgversprechend ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen