Einzelzell RNA Sequenzierung von induzierten pluripotenten Stammzellen von Patienten mit Hypoplastischen Linksherzsyndrom (HLHS)

• Antragstellerin: Dr. Nazan Puluca
• Fachliche Zuordnung: Humangenetik ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 414228177

Das HLHS unterliegt einer multifaktoriellen Genese und ist nicht völlig geklärt.Verschiedene Störungen des Zellzyklus, Mutationen von epigenetischen Faktoren (chromatinregulierendes Protein), Signalwegen (NOTCH) und Genmutationen von essentiellen Genen der kardialen Entwicklung (NKX2.5,HAND1,TBX5), wurden bereits diskutiert. Zur Analyse dieser Fehlregulationen wurden mehrere humane iPS-Modelle (induzierte pluripotente Stammzellen) etabliert.Der Vergleich zwischen patienten-spezifischen hiPS-Zellen und gesunden Kontrollen ermöglicht Unterschiede in der Kardiogenese zu untersuchen und Mechanismen zu identifizieren, welche potentiell an der Ausbildung des HLHS beteiligt sind. Die Aufklärung könnte zukünftige therapeutische Targets zur Behandlung des HLHS identifizieren. Zahlreiche Teilaspekte in Kooperation zwischen unserer Arbeitsgruppe und nationalen/internationalen Kooperationspartnern wurden erfolgreich untersucht. Ziel meines 18monatigen Aufenthalts am Cardiovascular Institute der Stanford University (Laborleiter Prof. S.Wu) wird es sein, bisher gewonnene Erkenntnisse auf Einzelzellebene zu untersuchen. Sämtliches bisher gewonnenes Wissen auf RNA-Ebene basiert auf Untersuchungen der gesamten Zellpopulation eines Differenzierungsassays einer relativ einheitlichen Zellpopulation. Der in iPS-Kulturen maximal erzielbare Anteil an Kardiomyozyten (CM) beträgt jedoch ca. 90% und selbst diese sind in ihrer Funktion und Verteilung (atrial, ventrikulär und nodal) deutlich unterschiedlich. Aufgrund des RNA-Seq Profils kann man bei Single Cell RNA-Seq Analysen genau zwischen Zellarten unterscheiden.Im Rahmen dieses Projekts soll ein detaillierteres Bild des Transkriptoms auf Einzelzellebene entstehen. Bislang wurden von uns für alle Experimente 3 HLHS-Linien (nach Genotyp selektiert) verwendet. Weitere Proben von Patienten, bei denen nach erfolgter chirurgischer Therapie die Funktion des Systemventrikels (ursprünglich rechter Ventrikel) zunehmend schlechter wurde, wurden dem Labor von S.Wu bereits zugesandt. Insbesondere der Unterschied zwischen „genetisch vorbelasteten“ HLHS iPS und anderen HLHS iPS Linien könnte zu therapierelevanten Ansätzen führen. Im Rahmen des geplanten Aufenthalts werden Single Cell RNA-Seq Analysen von CM der HLHS Patienten mittels Chromium Controller® unter Berücksichtigung der CM-Subtypen durchgeführt. Die Analyse der Daten erfolgt sowohl zwischen den HLHS-CM und gesunden Kontrollen, wie auch zwischen den einzelnen HLHS-Linien. Da das HLHS eine multifaktorielle Erkrankung ist, werden auch intrazelluläre Unterschiede zwischen den einzelnen CM der verschiedenen HLHS Patienten erwartet.Gleiche Dysregulationen in den verschiedenen HLHS Patienten könnten ein Indiz für die Entwicklung eines HLHS sein. Es besteht eine langjährige Kooperation mit dem Laborleiter Prof S.Wu-die Arbeitsgruppe verfügt über eine große Expertise in der Kultivierung von hiPS-Zellen. Die erlernten Techniken möchte ich nach meiner Rückkehr für Projekte unseres Labors nutzen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Sean Wu