Pathophysiologische Untersuchungen in neonatalen Trachealflüssigkeit-basierten mesenchymalen Stammzellen und im Tiermodell zur Erforschung von Pbx1 und anderen Kandidatengenen der angeborenen Zwerchfellhernie.
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die angeborene Zwerchfellhernie (CDH) betrifft 1 von 2500 Neugeborenen. Sie ist gekennzeichnet durch eine Unterentwicklung der Lungen und einen angeborenen Zwerchfelldefekt. Trotz Fortschritten in der intensivmedizinischen und chirurgischen Therapie sterben immer noch bis zu 30% der Patient:innen an den Lungenfehlbildungen, und überlebende leiden häufig an lebenslangen Komplikationen. Unser begrenztes Verständnis der Pathophysiologie hindert die Entwicklung innovativer therapeutischer Ansätze. Ein etabliertes Tiermodell, das Nitrofen-Rattenmodell, wird zur experimentellen Untersuchung der CDH verwendet und hat Veränderungen in bestimmten molekularbiologischen Markern in den hypoplastischen CDH-Lungen aufgezeigt. Bisher konnten diese Erkenntnisse jedoch nur begrenzt auf die menschliche Situation übertragen werden. In dieser Studie haben wir in verschiedenen humanen und Tier-Modellen gezeigt, dass pro inflammatorische Signalwege insbesondere bei der abnormen Lungenentwicklung im Tiermodell und bei CDH beim Menschen angereichert sind. Die gezielte Blockade dieser krankhaft veränderten Signalwege führte zur Korrektur des beeinträchtigten Lungenwachstums. Wir haben dafür zunächst eine neue Methode etabliert, mit der wir epitheliale Lungen-Stammzellen aus routinemäßig gesammelten Trachealspiraten von Neugeborenen isolierten und mittels funktioneller und deskriptiver Assays in Kultur untersuchten. In den epithelialen Vorläuferzellen von Neugeborenen mit CDH fanden wir transkriptionelle (bulk-RNA-Sequenzierung) und epigenetische Profile {ATAC-Sequenzierung), die auf pro-inflammatorische Veränderungen hinwiesen, darunter eine erhöhte Aktivität des Transkriptionsfaktors NF-kB. Durch die Hemmung von NF-kB mit Glucocorticoiden und spezifischen NF-kB-Antagonisten konnten wir den für CDH typischen Phänotyp sowohl in menschlichen Zelllinien als auch im Tiermodell korrigieren. In einer vorherigen Arbeit mit dem etablierten Nitrofen-Rattenmodell für CDH identifizierten wir mittels Proteom-Analysen (untargeted Proteomik) ein vergleichbares pro-inflammatorisches Programm während der späteren Lungenentwicklung in den hypoplastischen Lungen. Die Ergebnisse aus unseren invitro-Studien am Menschen und in-vive-Studien am Tiermodell wurden durch Immunfärbung in menschlichem fetalem Lungengewebe von CDH-Patient:innen und Kontrollen validiert. zusammenfassend haben wir in verschiedenen translationalen Modellen gezeigt, dass in hypoplastischen CDH-Lungen ein pro-inflammatorisches molekulares Programm abläuft, das ein Ansatzpunkt für neue therapeutische Ansätze zur Behandlung der Lungenhypoplasie bei CDH sein könnte.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Administration of amniotic fluid stem cell extracellular vesicles promotes development of fetal hypoplastic lungs by immunomodulating lung macrophages. Cold Spring Harbor Laboratory.
Antounians, Lina; Figueira, Rebeca Lopes; Kukreja, Bharti; Zani-Ruttenstock, Elke; Khalaj, Kasra; Montalva, Louise; Doktor, Fabian; Obed, Mikal; Blundell, Matisse; Wu, Taiyi; Chan, Cadia; Wagner, Richard; Lacher, Martin; Wilson, Michael D.; Kalish, Brian T. & Zani, Augusto
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Primary culture of tracheal aspirate-derived human airway basal stem cells. STAR Protocols, 3(2), 101390.
Amonkar, Gaurang M.; Wagner, Richard; Bankoti, Kamakshi; Shui, Jessica E.; Ai, Xingbin & Lerou, Paul H.
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Proteomic Profiling of Hypoplastic Lungs Suggests an Underlying Inflammatory Response in the Pathogenesis of Abnormal Lung Development in Congenital Diaphragmatic Hernia. Annals of Surgery, 278(2), e411-e421.
Wagner, Richard; Lieckfeldt, Paula; Piyadasa, Hadeesha; Markel, Moritz; Riedel, Jan; Stefanovici, Camelia; Peukert, Nicole; Patel, Daywin; Derraugh, Gabrielle; Min, Suyin A. Lum; Gosemann, Jan-Hendrik; Deprest, Jan; Pascoe, Christopher D.; Tse, Wai Hei; Lacher, Martin; Mookherjee, Neeloffer & Keijzer, Richard
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A Tracheal Aspirate-derived Airway Basal Cell Model Reveals a Proinflammatory Epithelial Defect in Congenital Diaphragmatic Hernia. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine, 207(9), 1214-1226.
Wagner, Richard; Amonkar, Gaurang M.; Wang, Wei; Shui, Jessica E.; Bankoti, Kamakshi; Tse, Wai Hei; High, Frances A.; Zalieckas, Jill M.; Buchmiller, Terry L.; Zani, Augusto; Keijzer, Richard; Donahoe, Patricia K.; Lerou, Paul H. & Ai, Xingbin
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Overactivated epithelial NF-κB disrupts lung development in human and nitrofen CDH. Cold Spring Harbor Laboratory.
Dylong, Florentine; Riedel, Jan; Amonkar, Gaurang M.; Peukert, Nicole; Lieckfeldt, Paula; Sturm, Katinka; Höxter, Benedikt; Tse, Wai Hei; Miyake, Yuichiro; Mayer, Steffi; Keijzer, Richard; Lacher, Martin; Ai, Xingbin; Gosemann, Jan-Hendrik & Wagner, Richard
