Zelltyp-spezifische genregulatorische Programme im Zusammenhang mit autosomal-dominanter polyzystischer Nierenerkrankung

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Köttgen; Dr. Sebastian Preißl
• Fachliche Zuordnung: Nephrologie ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 514085945

Die autosomal-dominante polyzystische Nierenerkrankung (ADPKD) ist die häufigste genetische Ursache für Nierenversagen, von der weltweit mehr als 12 Millionen Menschen betroffen sind. Mutationen in PKD1 und PKD2 verursachen die Zystenbildung – ein fokaler Prozess, der von einzelnen Nierenepithelzellen nach Verlust der Heterozygotie der jeweiligen Gene ausgeht. Dies führt zu erheblichen zellulären Umbauprozessen und anschließend zur Infiltration von Immunzellen in die Nieren. Zelltypspezifische Genexpressionsmuster und Änderungen werden durch cis-regulatorische Elemente (CREs) wie Promotoren und Enhancern reguliert. CREs sind durch das Vorhandensein von zugänglichem Chromatin gekennzeichnet und ihre Aktivität kann durch Transkriptionsfaktoren moduliert werden. ADPKD-Mausmodelle mit konditionaler Pkd1-Inaktivierung bilden die menschliche Krankheit präzise ab. Ein Hauptvorteil dieser Mausmodelle ist die zeitgenaue Bestimmung der Pkd1-Geninaktivierung, um die Untersuchung früher transkriptioneller und genregulatorischer Veränderungen und Anpassungen während des Krankheitsverlaufs zu ermöglichen. Dies ist in menschlichen Proben, die normalerweise von Patienten im Endstadium der Krankheit entnommen werden, nicht möglich. Bulk Transkriptomanalysen wurden verwendet, um Genexpressionunterschiede und Krankheitsmechanismen bei Mäusen und Menschen zu untersuchen. Diese Studien können jedoch die zelluläre Komplexität der Krankheit nicht auflösen. Einzelzellgenomische Methoden können diese Einschränkung überwinden. In diesem Projekt werden wir das Transkriptom und die Chromatinzugänglichkeit gemeinsam in denselben Zellen messen, um genregulatorische Programme und Transkriptionsfaktoren zu identifizieren, die an den zellulären Umbauprozessen beteiligt sind, die nach Pkd1-Deletion zu ADPKD führen. Wir werden den Beginn und das Fortschreiten der Krankheit an definierten Zeitpunkten nach der Inaktivierung des Pkd1-Gens untersuchen. Die spezifischen Ziele dieses Projekts sind 1) die Identifizierung früher zelltypspezifischer Genregulationsprogramme während der Zysteninitiierung, 2) die Analyse des zeitlichen Verlaufs und der zugrundeliegenden genregulatorischen Mechanismen des Nierenzellumbaus während des Krankheitsverlaufs und 3) die Bestimmung des zeitlichen Verlaufs der Infiltration von Immunzellen und der Kommunikation zwischen Epithel- und Immunzellen während der ADPKD-Progression. Wir erwarteten, dass die vorgeschlagene Studie einen umfassenden Einblick in die zelluläre Umgestaltung während der ADPKD und der zugrunde liegenden epigenetischen und transkriptionellen Programme geben werden. Ein besseres Verständnis der krankheitsrelevanten molekularen Signalwege bei ADPKD wird dazu beitragen, neue therapeutische Ansätze zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen