Optogenetisches Arrhythmie-Modell zur Charakterisierung von Mutationen, welche catecholaminerge polymorphe ventrikuläre Tachykardie (CPVT) auslösen, sowie zum spezifischen Wirkstoffscreening im Pharynx von C. elegans

• Antragstellerin: Dr. Christina Schüler
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Biochemie ; Biophysik
• Förderung: Förderung seit 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 321173572

Catecholaminerge polymorphe ventrikuläre Tachykardie (CPVT) bezeichnet eine erbliche Form von abnormalem Herzrhythmus (Arrhythmie), welche durch körperliche Aktivität oder Stress induziert wird. Die Krankheit beruht auf einer gestörten Regulation der intrazellulären Calcium Konzentration und involviert die Calcium-induzierte Calcium Freisetzung von Herzmuskelzellen. Mutationen zweier Gene, des Ryanodin Rezeptors 2 (RyR2), einem Calcium-freisetzenden Kanal im Sarkoplasmatischen Retikulum (SR), und des Calsequestrins 2 (CASQ2), dem wichtigsten Calcium-bindenden Protein im SR, sind vorwiegend verknüpft mit CPVT. Es sind bereits viele verschiedene Mutationen im Zusammenhang mit CPVT bekannt (>180). Daher werden einfache Modellsysteme benötigt, die das Einfügen entsprechender Mutationen erlauben, um eine spezifische Wirkstofffindung zu ermöglichen, aber auch um die einzelnen Mutationen zu untersuchen. Wir verwenden den Pharynx von Caenorhabditis elegans, eine rhythmisch aktive muskuläre Pumpe, als Modell für das Herz. Der Pharynx nutzt Homologe der meisten Ionenkanäle, Pumpen und Transporter, die auch die Physiologie des menschlichen Herzens definieren. Zur Erlangung eines präzisen Rhythmus stimulieren wir den Pharynx optogenetisch mittels Channelrhodopsin-2 (Expression im Pharynx Muskel). Durch die Anwendung von CRISPR-Cas9 werden wir verschiedene Mutationen in die chromosomalen Loci des RyR2 (unc-68 in C. elegans) einführen. Wir verwenden hier Mutationen die CPVT im Menschen auslösen und zudem in der Bindungsstelle von Calstabin 2 (FKBP12.6) oder in Bereichen, die bekannt sind eine Calstabin 2 Bindung zu stören, liegen. Weiterhin werden wir den Mechanismus der Stabilisierung des RyR durch Calstabin in C. elegans anhand verschiedener Calstabin Isoformen, bzw. derer Knock-outs, untersuchen. Die Charakterisierung der CPVT-Mutationen wird elektrophysiologisch sowie mittels Calcium-und Voltage-Imaging erfolgen. Durch die Verwendung einer auf Mikrofluidik basierenden elektrophysiologischen Screening-Methode, in Kombination mit optogenetischer Stimulierung, möchten wir spezifische Wirkstoffe für die einzelnen Mutationen identifizieren. Zudem streben wir eine Erweiterung des optogenetischen Pharynx Modells auf durch Mutationen des RyR1 hervorgerufene neuromuskuläre Erkrankungen an.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen