Die Entschlüsselung regulatorischer Programme von Nierenerkrankungen mithilfe der funktionellen Genomik

• Antragsteller: Professor Dr. Ivan Gesteira Costa Filho; Professor Dr. Christoph Kuppe
• Fachliche Zuordnung: Nephrologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 445703531

Im vorherigen Förderzeitraum haben wir mittels Mausmodellen und Organoiden sowie durch Einzelzellsequenzierung (RNA und ATAC) krankheitsrelevante genregulatorische Netzwerke bei Nierenerkrankungen identifiziert und neue computergestützte Analyseansätze entwickelt. In der ersten Studie nutzten wir die Einzelzell-ATAC-Sequenzierung in einem Nierenkrankheitsmodell, um Transkriptionsfaktoren (TFs) zu identifizieren, die die Myofibroblasten-Differenzierung steuern. Diese validierten wir in in-vitro-Modellen mittels CRISPR-Gen-Knockouts. In einer zweiten Studie charakterisierten wir mittels Einzelzell-Multiomik (RNA und ATAC) den zellulären Differenzierungsprozess in Nierenorganoiden. Derzeit untersuchen wir die vorhergesagten Transkriptionsfaktoren, insbesondere der Off-Target-Linien, um das Wachstum und die zelluläre Differenzierung der Organoide zu verbessern. Trotz unserer Fortschritte bei der Identifizierung von TFs, die Krankheitsphänotypen von Nierenzellen regulieren, bleiben räumliche Faktoren, die die zellulären Prozesse im Zusammenhang mit der Tubulusregeneration und dem Beginn der Fibrose (z. B. klonale Expansion) beeinflussen, auf Gewebeebene weitgehend unbekannt. Basierend auf unseren räumlichen Sequenzierungsexperimenten können klonale Beziehungen jedoch anhand von z. B. mitochondrialen Mutationen oder Einzelnukleotid-Varianten abgeleitet werden, die als einzigartige „Barcodes“ der Zellen verwendet werden können. Wir gehen davon aus, dass die klonale Architektur von Tubulus- und Fibroblastenzellen im Krankheitsverlauf Einblicke in molekulare Mechanismen der Tubulusregeneration und Fibrose liefern wird. Um dies zu untersuchen, werden wir unsere komplementäre Expertise in Nephrologie und Einzelzellsequenzierung (Kuppe) sowie Bioinformatik (Costa) kombinieren, um räumliche Multiomics-Datensätze von menschlichen Nierengeweben zu generieren. Wir werden neu etablierte räumliche Analysemethoden einsetzen, die es uns ermöglichen, Stammbäume zwischen Zellen im Nierengewebe zu rekonstruieren. In WP1 werden wir unsere Plattform nutzen, um Zellabstammungsverfolgung durch räumlich aufgelöste Sequenzierung von natürlichen Barcodes in menschlichen Geweben durchzuführen. In WP2 werden wir ein spezifisches transgenes Mausmodell (DARLIN) verwenden, um die Tubulusregeneration in CKD-Modellen mittels CRISPR-Cas9-Barcodes zu entschlüsseln. In WP3 werden wir neue rechnergestützte Ansätze entwickeln, die Informationen aus verschiedenen Modalitäten (räumlich, molekular, Histologie und Klonotypen) über die Zeit hinweg nutzen, um molekulare Mechanismen im Zusammenhang mit der Tubulusregeneration und der Myofibroblastendifferenzierung vorherzusagen. Zusammenfassend wird dieses Projekt den Einfluss der räumlichen Organisation und der klonalen Architektur auf die Tubulusregeneration und Fibrose der menschlichen Niere untersuchen. Dies wird unser Verständnis der für das Fortschreiten von Nierenerkrankungen relevanten regulatorischen Mechanismen verbessern.

• DFG-Verfahren: Klinische Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: KFO 5011: Integration neuer Methoden zur Verbesserung von translationaler Nierenforschung
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Matthias Saar