Untersuchung der molekularen Pathomechanismen in PRKG1 Varianten-assoziierten Aortopathien

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Friederike Cuello; Dr. Till Joscha Demal; Professor Dr. Friedrich-Wilhelm Herberg
• Fachliche Zuordnung: Pharmakologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 543016709

Erbliche thorakale Aortenerkrankungen können als lebensbedrohende Komplikation eine Aortendissektion im frühen Lebensalter zur Folge haben, die mit hoher Mortalität assoziiert ist. Der Aortendurchmesser ist dabei ein messbarer Risikoprädiktor, der jedoch nicht immer adäquat den Krankheitsverlauf vorhersagt, da eine Vielzahl von Komplikationen schon unterhalb eines festgelegten Schwellendurchmessers der Aorta von 5,5 cm auftreten. Um die Risikoprädiktion in betroffenen Patient:innen zu verbessern, werden zusätzlich Untersuchungen bekannter krankheitsverursachen-der Gene durchgeführt. Jedoch sind eine Vielzahl ursächlich beteiligter Gene und Genvarianten bislang unbekannt und funktionelle Untersuchungen, die die Kausalität zur Erkrankung herstellen können, existieren häufig nicht. In dem vorliegenden Projektantrag planen wir, das Gen, das für die cGMP-abhängige Proteinkinase I - PRKG1 - kodiert, als bona fide Risikogen zu etablieren, das kausal zur Entstehung von Aortopathien beiträgt, wenn es in mutierter Form vorliegt. Dabei wollen wir als komplementär ausgerichtetes Wissenschaftlerteam unsere Expertise in den Bereichen Humangenetik, Gefäßchirurgie, Biochemie, Pharmakologie und Stammzellbiologie vereinen und einen Beitrag zur klinischen Translation unserer grundlagenwissenschaftlichen Befunde leisten. Wir zeigen Pilotdaten zur funktionellen Charakterisierung der humanen Mutation V219I in PRKG1, die bei einer Patientin mit Marfan-ähnlichen Symptomen einschließlich einer Aortendilatation nachgewiesen wurde. PRKG1 V219I besitzt eine signifikant erhöhte cGMP-Affinität, die zu einer erhöhten Kinase-Aktivität bei niedrigerer zellulärer cGMP-Konzentration führt. Mittels CRISPR Cas9 editierte humane induzierte pluripotente Stammzell-abgeleitete glatte Gefäßmuskelzellen, die V219I PRKG1 exprimieren, waren signifikant größer und deformierbarer als die isogenen Kontrollzellen. Proteomanalyse identifizierte Unterschiede in der Zusammensetzung der Extrazellulären Matrix und Mechanotransduktion zwischen den Genotypen. Der vorliegende Projektantrag hat zum Ziel, 1) neue PRKG1 Varianten zu identifizieren; 2) den Einfluß der Varianten auf die Kinasefunktion in vitro zu untersuchen und 3) die zugrundeliegenden molekularen Pathomechanismen mittels Disease-Modeling in einem relevanten humanen induzierten pluripotenten Stammzell-abgeleiteten glatten Gefäßmuskelzell-Modell zu charakterisieren. Unser Projektantrag wird zu einem besseren Verständnis der Mechanismen von PRKG1 Varianten-assoziierten Aortopathien beitragen und die Risikoprädiktion und Stratifikation in Patient:innen mit PRKG1 Mutationen verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen