Identifizierung personalisierter Behandlungsmöglichkieten für das Noonan-Syndrom mittels Genotyp-Phänotyp-Korrelation in patientenspezifischen iPSCs

• Antragsteller: Dr. Lukas Cyganek
• Fachliche Zuordnung: Kardiologie, Angiologie ; Entwicklungsbiologie ; Humangenetik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 501985000

Kleinkinder mit hypertropher Kardiomyopathie (HCM) als Symptom des Noonan-Syndroms (NS) zeigen im Vergleich zu NS-Patienten ohne HCM ein signifikant schlechteres Überleben und entwickeln häufiger eine Herzinsuffizienz. Die Behandlungsmöglichkeiten sind jedoch stark eingeschränkt. NS betrifft 1 von 1.000-2.500 Neugeborenen und gilt als häufigste monogenetische Erkrankung im Zusammenhang mit angeborenen Herzfehlern, verursacht durch Mutationen in Genen, die für Komponenten oder Regulatoren des RAS-MAPK-Signalwegs kodieren und eine Hyperaktivität des Signalwegs verursachen. Obwohl die zugrundeliegenden molekularen Mechanismen kaum verstanden sind, wird eine Genotyp-Phänotyp-Korrelation bei NS-Patienten prognostiziert. Die Divergenz krankheitsspezifischer Symptome – wie Manifestation/Schweregrad von HCM versus kein Auftreten einer HCM – deutet darauf hin, dass die molekularen Effekte zwar überlappen, jedoch unterschiedlich sein könnten. Wir postulieren, dass die Schwere der kardialen Dysfunktion vom Grad der RAS-MAPK-Hyperaktivität abhängt, die wiederum eng mit den zugrundeliegenden Genmutationen korreliert. Da der RAS‐MAPK‐Signalweg in ständigem Crosstalk mit anderen Signalwegen steht – wie beispielsweise, dem p38‐MAPK, PI3K/AKT oder dem NFκB‐Signalweg – könnte die Manifestation von HCM in NS auch durch Kreuzaktivierung dieser Wege ausgelöst werden. Unser molekulares und funktionelles Verständnis könnte die Wahl (und Dosis) der verfügbaren Behandlungsoptionen für NS-Patienten beeinflussen.Um neue Einblicke in die molekulare Pathologie bei NS in Relation zu den spezifischen Symptomen zu gewinnen, generierten wir patientenspezifische sowie CRISPR-korrigierte induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs) von Patienten mit unterschiedlichen Genvarianten entlang der RAS-MAPK-Signalkaskade, die an NS leiden und sowohl Patienten mit einer mittelschweren bis schweren Form der HCM als auch Patienten ohne HCM umfassen. Unser iPSC-Spektrum umfasst mit den entsprechenden korrigierten isogenen Kontrollen insgesamt 34 Zelllinien und wird es uns ermöglichen, die Genotyp-Phänotyp-Korrelation in einem humanen Modellsystem aufzuklären. Durch die Charakterisierung der iPSC-Kardiomyozyten der gesamten Patientenkohorte auf molekularer, zellulärer, funktioneller und 3D-Gewebeebene, planen wir eine Korrelation zwischen den Genotypen und den phänotypischen Profilen der Patientenzellen herzustellen. Durch die Analyse proteomischer sowie phospho-proteomischer Profile können wir ein umfassenderes Bild des zugrundeliegenden Signal-Crosstalks und potenzieller Downstream-Targets erhalten, welche eine Gruppierung von Patienten entsprechend der einzigartigen Krankheitssignaturen ermöglichen. Ein präklinisches Wirkstoff-Screening auf Grundlage selektiver, auf die jeweiligen Genotypen und Krankheitssignaturen zugeschnittener Compounds, kann die Auswirkungen verschiedener Signalweg-Inhibitoren auf die molekularen und funktionellen Eigenschaften der Patienten-Kardiomyozyten bewerten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen