Reaktionen von Fibroblasten auf Signale von Kardiomyozyten - Untersuchung mit Fokus auf epigenetische Signalintegration

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Justus Stenzig
• Fachliche Zuordnung: Pharmakologie ; Kardiologie, Angiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 528380599

Fibrose ist ein Bestandteil fast aller Herzerkrankungen, ihre Behandlung ist jedoch nur unzureichend möglich. Die Rolle von pro-fibrotischen Signalen, welche von den Kardiomyozyten selbst ausgehen, ist wenig untersucht. Solche neuen Signalwege zu erforschen, könnte letztlich zur Entwicklung neuer, Herz-spezifischer Therapieansätze führen. Mit diesem Ziel planen wir, die Transkriptionsregulation von Fibroblasten in Abhängigkeit von der Anwesenheit von Kardiomyozyten und mit einem Fokus auf Signalwege zum Chromatin zu untersuchen. Die Untersuchungen sollen darüber hinaus dazu dienen, die Rolle der epigenetischen Transkriptionsregulation in Fibroblasten besser zu definieren und mögliche Mechanismen aufzuklären, die früheren Beobachtungen einer anti-fibrotischen Wirkung einer DNA-Methyltransferase- (DNMT-) Hemmung zu Grunde liegen könnten. Im wichtigsten Experiment planen wir, Genexpressions-Module und epigenetische Signaturen zu identifizieren, für die sowohl die Aktivierung der Fibroblasten, als auch die Anwesenheit von Kardiomyozyten erforderlich ist. Diese Information dient dann als Ausgangspunkt einer Identifikation der beteiligten vorgeschalteten Signalwege und eines Screenings ihrer extrazellulären Signalmoleküle. Ein spezifischer epigenetischer Mechanismus, dessen genauere Betrachtung bereits im Vorhinein geplant ist, ist die DNA-Methylierung. Wir selbst und andere haben beobachtet, dass eine Inhibition der DNA-Methylierung anti-fibrotische Wirkung hat, ohne dass es hierfür eine Erklärung gäbe. Für unsere Untersuchungen wird ein Stammzell-basiertes in vitro-Fibrosemodell auf der Basis von künstlichem Herzgewebe zum Einsatz kommen, welches Kardiomyozyten und Fibroblasten enthält (CF-engineered heart tissue, CF-EHT). In verschiedenen Modellen, die Stress und Aktivierung entweder der Kardiomyozyten oder der Fibroblasten verursachen, werden in diesem Projekt Genexpression und Chromatinsignaturen untersucht. Die Idee ist, den Informationsfluss, der als nukleäre Information integriert wird, in der entgegengesetzten Richtung zu nutzen und stromaufwärts gelegene Signalwege zu identifizieren. Es sollen CF-EHTs auf der Grundlage von sowohl Wildtyp-Stammzellen (hiPSC), als auch solchen mit einer Disruption des für die DNMT3A codierenden Gens genutzt werden. Dieser Versuchsaufbau, bei dem Fibroblasten-Aktivierung in An- und Abwesenheit von Kardiomyozyten untersucht wird, wird es zusammen mit in silico-Analysen veröffentlichter Transkriptomdaten ermöglichen, Gewebskontext-spezifische Aktivierungswege zu identifizieren. Massenspektrometrische Metabolom- und Proteom-Daten aus EHT-Matrix, Zellen und Zellkulturmedium dienen schließlich zur Bestätigung der Anwesenheit der extrazellulären Effektoren der beteiligten Signalwege. Am Ende werden wir erneut das initiale Modell nutzen und durch substanzbasierte und/oder genetische Interventionen die identifizierten Signalwege unterbrechen und den Einfluss dieser Intervention auf die Bildung von Fibrose untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen