Mechanismen der Aktivierung von Entwicklungsgenen bei der Regeneration und Reparatur des akuten Nierenversagens

• Antragstellerin: Dr. Wajima Safi
• Fachliche Zuordnung: Nephrologie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 443479053

Obwohl das akute Nierenversagen (ANV) eine der häufigsten Erkrankungen von Krankenhauspatienten ist, sind die Mechanismen, auf denen die Regeneration und Reparatur der geschädigten menschlichen Niere fußen, bis heute nicht vollständig verstanden. In diesem Zusammenhang konnten Studien zeigen, dass Gene der Nierenentwicklung wie PAX2 bei akuter Nierenschädigung reaktiviert werden. PAX2, das beim Gesunden in reifen Glomeruli und Tubuli nicht nachgewiesen werden kann, führt nachweislich zu epigentischen Veränderungen durch Histonmethylierung und Chromatinmodifikationen in der embryonalen Niere. Ob diese Mechanismen beim ANV auch reaktiviert werden ist unklar. Auch ob Entwicklung und Regeneration der Niere demselben Prozess unterliegen oder die Aktivierung von Entwicklungsgenen in unterschiedlichen Kontexten (Entwicklung vs. Schädigung) missverstanden werden, erfordert genauere Betrachtung. Unsere Hypothese ist, dass die Reaktvierung von Entwicklungsgenen der zentrale Mechanismus ist, der einen Weg hin zur Fibrosierung wie bei der chronischen Nierenerkrankung von einer regenerativen Antwort nach einer akuten Schädigung wie beim ANV unterscheidet. Auf Basis der aktuellen Datenlage vermuten wir, dass präexistente epigentische Modifikationen in tubulären Epithelzellen (TEC) den späteren Differenzierungsweg bei Schädigung bestimmen. Studien an Mäusen haben bei der Sachlage massive Limitationen, weil sich die Ergebnisse in dieser Frage nicht ohne Weiteres auf Menschen übertragen lassen. Wir führen das Projekt an einem von humanen pluripotenten Stammzellen stammenden Nierenorganoid, das physiologische und trankriptionelle Ähnlichkeiten mit einer fetalen Niere des zweiten Trimesters hat, durch. Das Projekt besteht aus drei Teilbereichen. Wir werden zunächst die epigentischen Marker und Bindungsstellen von PAX2 in TECs von Patienten mit einem ANV identifizieren. Dann werden wir isogene CRISPR/Cas9 knock-out Linien und isogene Linien der zuvor gefundenen 5 Topbindungstellen auf unserer iCRISPR Plattform generieren. Hiermit lassen sich in TECs von Patienten und humanen pluripotenten Stammzelllinien doxycyclin-induziert die Promotoren bzw. Enhancer sowohl von PAX2 als auch dessen identifizierten transkriptionellen Zielen unterdrücken oder aktivieren. Aus diesen Linien generieren wir ein physiologisches ANV Modell, um die Rolle von PAX2 und PAX2 Zielgenen im menschlichen ANV zu identifizieren. Dieses Projekt beantwortet dringende Fragen zu Reparaturmechanismen der Niere und führt zu neuen Erkenntnissen zur Rolle von PAX2 im ANV. Wir werden erfahren, ob epigentische Veränderungen, während des ANV Grund oder Konsequenz der PAX2 epigenetischen Veränderungen sind. Weiterhin werden wir ein Instrument haben, um tubuläre Zellen in Zukunft zu einem regenerativen Phänotyp hin zu verändern.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Spanien
• Gastgeberin: Professorin Nuria Montserrat, Ph.D.