Präzises Gen Editing als therapeutischer Ansatz bei kardialen Erkrankungen

• Antragsteller: Professor Dr. Simon Lebek
• Fachliche Zuordnung: Kardiologie, Angiologie
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 497272873

Muskeldystrophie Duchenne (DMD) wird durch Mutationen im DMD Gen verursacht, was zu einem Mangel an funktionellem Dystrophin führt und eine Kardiomyopathie bedingt, welche der häufigste Grund für ein vorzeitiges Versterben dieser Patienten ist. CRISPR/Cas Gen Editing würde eine Korrektur der verursachenden Mutation auf Genomebene erlauben, was eine dauerhafte Therapie zur Folge hätte.Häufig liegt dieser Erkrankung eine Deletion von Exon 51 (delE51) des DMD Gens zugrunde, welche ich mittels Gen Editing durch gezielte Wiederherstellung des DNA-Leserasters korrigieren möchte. Zunächst wird diese Strategie in humanen induzierten aus Stammzellen differenzierten Kardiomyozyten getestet. Die Effizienz des Editings wird auf DNA und RNA Ebene und anhand der Menge des exprimierten Dystrophins bewertet. Sobald ich die optimalen CRISPR/Cas Komponenten in vitro gefunden habe, sollen diese mit Hilfe eines Adeno-assoziierten Virus (AAV) Systems in vivo bei delE51 Mäusen angewendet werden. Da DMD bereits mit CaMKII-abhängigen Arrhythmien in Verbindung gebracht wurde, möchte ich auch untersuchen, ob die CaMKII-abhängigen Mechanismen diastolisches Kalziumleck und später Natriumstrom in delE51 Kardiomyozyten gesteigert sind und durch CRISPR/Cas Gen Korrektur wieder normalisiert werden können. Da DMD häufig mit ventrikulären Arrhythmien einhergeht, wird zudem getestet ob Gen Editing in vivo Arrhythmien von delE51 Mäusen verhindert. DMD wurde auch mit einer vermehrten Oxidation und somit Aktivierung der CaMKII (ox-CaMKII) in Verbindung gebracht, weshalb mittels Gen Editing die oxidative Aktivierungsstelle der CaMKII deletiert werden soll, um anschließend den Effekt auf die Kardiomyopathie bei DMD zu untersuchen. Nachdem diese Strategie in humanen delE51 Kardiomyozyten validiert wurde (DNA-/RNA-Ebene, Messung von ox-CaMKII und CaMKII-Aktivität), wird überprüft, ob die genetische Deletion der oxidativen Aktivierungsstelle das diastolische Kalziumleck sowie den späten Natriumstrom in delE51 Kardiomyozyten normalisiert. Nach der Optimierung in vitro, möchte ich in vivo testen, ob diese Editing Strategie Arrhythmien von delE51 Mäusen verhindert.Neben ihrer Rolle bei DMD, kommt der ox-CaMKII auch beim Myokardinfarkt eine Schlüsselrolle zu. Deshalb könnte eine genetische Deletion der oxidativen Aktivierungsstelle ebenfalls bei anderen Erkrankungen von Vorteil sein. Um diese Hypothese zu testen, werden humane Kardiomyozyten mittels Hypoxie-Reoxygenierung behandelt und ox-CaMKII sowie CaMKII-Aktivität mit und ohne vorheriges Gen Editing der CaMKII gemessen. Anschließend soll in vivo überprüft werden, ob dieser therapeutische Ansatz Mäuse nach einem Myokardinfarkt schützt. Hierzu werden Überleben, kardiale Funktion, ox-CaMKII und CaMKII-Aktivität von Mäusen mit und ohne vorheriges Gen Editing analysiert.Die hier vorgestellten CRISPR/Cas Gen Editing Strategien könnten langfristig zu einer Therapie für die Kardiomyopathie bei DMD und andere kardiale Erkrankungen führen.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Eric N. Olson