Hochauflösendes Mapping genomischer Elemente mit Relevanz für die Muskelentwicklung und deren gezieltes Mutationsscreening bei Patienten mit kongenitaler Myopathie und kongenitaler Muskeldystrophie

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Mina Gouti, Ph.D.; Professor Dr. Markus Schülke-Gerstenfeld
• Fachliche Zuordnung: Humangenetik ; Entwicklungsneurobiologie ; Kinder- und Jugendmedizin
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 400728090

Kongenitale Myopathien (CM) and kongenitale Muskeldystrophien (CMD) sind eine genetisch heterogene Gruppe von Krankheiten, die durch eine gestörte Muskelentwicklung gekennzeichnet sind. Die Ursache sind häufig Mutationen in Genen, die für Proteine kodieren, die das funktionelle Gerüst der Muskeln bilden. Die Gesamtexom-Sequenzierung identifiziert aber nur in maximal 50% der Fälle die zugrundeliegenden Mutationen. Um nun die ungeklärten Fälle lösen zu können, möchten wir eine Gesamtgenomsequenzierung durchführen, die das nicht-kodierende Genom umfasst. Um die dort befindliche große Anzahl nicht-kodierender Modifikationen und struktureller Varianten zu interpretieren, haben wir uns vorgenommen, das regulatorische Netzwerk für die menschliche Muskelentwicklung mit hoher Auflösung zu kartieren. Hierbei wollen wir die genauen Bindungsstellen der myogenen Transkriptionsfaktoren (TFs) und die Orte von Histonmodifikationen zu identifizieren. Wir benutzen dafür Muskelfasern oder neuromuskuläre Organoide, die wir aus induzierten menschlichen pluripotenten Stammzellen züchten. Diese exprimieren die charakteristischen frühen myogenen Marker und weisen mRNA-Expressionsprofile der frühen fetalen Muskelentwicklung auf. Um die Lücke zwischen der frühen und der späteren Muskelentwicklung zu schließen, wollen wir nun neuromuskuläre 3D-Organoide untersuchen. In diesen Organoiden werden Rückenmarks- und Skelettmuskelzellen gleichzeitig gebildet, um funktionelle neuromuskuläre Einheiten zu bilden, welche die menschliche Entwicklung viel besser abbilden als isolierte 2D-Kulturen von Muskelfasern. Ein weiterer Vorteil ist, dass die neuromuskulären Organoide über Monate hinweg in Kultur gehalten werden können. Die Muskelfasern reifen mit der Zeit, nehmen an Größe zu und zeigen eine periphere Lokalisierung ihrer Myonuclei. In einer zweiten FOR-Förderperiode werden wir uns darauf konzentrieren, diese neuromuskulären Organoide auf Bindungsstellen der Muskel-relevanten Transkriptionsfaktoren PAX3, PAX7, MYOD, MYF6, MYOD und MYOG zu screenen. Dazu verwenden wir kombinierte Einzelkern-RNA und ATAC-Sequenzierung sowie die CUT&TAG-Technologie, die wir bereits während der ersten Förderperiode erfolgreich in unserem Labor eingesetzt haben. Durch die Kombination von 2D- und 3D-Methoden werden wir epigenetische Daten über die Muskelentwicklung nahtlos von Muskelvorläuferzellen bis zur endgültigen Signatur des neugeborenen Muskels erhalten. All diese epigenetisch modifizierbaren Loci zusammen kommen dann als potenzielle Kandidatenregionen für das Mutationsscreening bei Patienten mit CM und CMD in Betracht.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2841: Jenseits des Exoms - Auffindung, Analyse und Vorhersage des Krankheitspotenzials nichtkodierender DNA Varianten.