Herstellung von Nierenzellen zur Krankheitsmodellierung und in vivo Regeneration

• Antragsteller: Dr. Michael Kaminski
• Fachliche Zuordnung: Nephrologie
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 418458827

Durch kombinatorische Expression von Transkriptionsfaktoren kann die Identität somatischer Zellen gezielt verändert werden (Transdifferenzierung oder direkte Reprogrammierung). Diese Technik stellt einen schnellen und einfachen Ansatz dar, einen gewünschten Zelltyp in vitro oder in vivo herzustellen. Ein wichtiges Anwendungsgebiet so gewonnener Zellen besteht in der Krankheitsmodellierung. Hier werden Phänotyp, Pathogenese und potentielle Therapieoptionen mittels eines zellulären Models untersucht, welches die grundlegenden Eigenschaften der Krankheit widerspiegelt und potentiell von betroffenen Patienten gewonnen werden kann. Darüber hinaus erlaubt in vivo Reprogrammierung einen vielversprechenden regenerativen Ansatz: Durch Expression der Transkriptionsfaktoren in vivo, zum Beispiel in fibrotisch umgebauten Gewebe, kann verlorengegangene Zellfunktion wiederhergestellt werden. Auf diese Weise konnten bereits Verbesserung der Organfunktion in Mausmodellen von Myokardinfarkt, Diabetes und Leberfibrose erzielt werden.In meinen bisherigen Arbeiten ist es uns gelungen, 4 Transkriptionsfaktoren zu identifizieren, die Maus- und menschliche Fibroblasten in Nierentubulusepithelzellen reprogrammieren. Die so gewonnenen Zellen ähneln primären Nierentubuluszellen hinsichtlich Morphologie, Transkriptom, Metabolom und Funktion. Das Hauptziel dieses Antrags besteht nun darin, die direkte Reprogrammierung von Nierenzellen im Hinblick auf die Nephronsegmentidentiät weiter zu verbessern und für Krankheitsmodellierung und in vivo Regeneration zu nutzen. Die hierdurch gewonnenen Erkenntnisse sollen zum verbesserten Verständnis der transkriptionellen Regulation von Nierenzellen beitragen, die molekularen Ursachen bestimmter Nierenfehlbildungen aufklären und den Weg ebnen, verlorengegangene Nierenfunktion durch in vivo Reprogrammierung wiederherzustellen.Um dies zu erreichen, werden wir neue Werkzeuge der synthetischen Biologie, die ich am MIT mitentwickelt habe, anwenden. Dies umfasst genetische Reportersysteme, die das Testen von Reprogrammierungsfaktoren im Hochdurchsatzverfahren ermöglichen, sowie genetische Rückkopplungsregler, die erlauben die Expression der Faktoren präzise zu steuern. Aufbauend auf unseren Arbeiten zu angeborenen Fehlbildungen der Niere und ableitenden Harnwege (CAKUT) werden wir direkte Reprogrammierung nutzen, um aus Hautzellen betroffener Patienten Nierenzellen herzustellen und die Pathogenese dieser Erkrankung auf patientenspezifischem genetischen Hintergrund untersuchen. Schließlich werden wir in Mausmodellen testen, ob durch in vivo Reprogrammierung die Funktion von Nierengewebe, das durch Fibrose oder Reperfusion ischämischer Areale geschädigt wurde, wiederhergestellt werden kann. Mit diesem Vorhaben möchten wir einen Beitrag dazu leisten, molekulare Mechanismen von Nierenerkrankungen besser zu verstehen, sowie einen neuartigen Ansatz zur regenerativen Therapie betroffener Patienten etablieren.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen