Characterization of SHOX2 and SHOX2 target genes in the pathogenesis of cardiac arrhythmias
Final Report Abstract
Die Zielsetzung des Projekts umfasste die Aufklärung molekularer und pathophysiologischer Mechanismen, die an der Entstehung von Herzrhythmusstörungen beteiligt sind. Unser Forschungsschwerpunkt lag dabei in der Charakterisierung von SHOX2 und SHOX2-abhängigen Zielgenen als Verursacher oder „Modifier“-Gene dieser Erkrankung. Mit Hilfe eines von uns generierten murinen Shox2 ES-Zell Modells konnten neue Shox2-abhängige Signalwege identifiziert werden. Unter anderem konnte Bnp/Nppb, ein prominenter kardialer Biomarker, als neues Shox2 Zielgen bestimmt werden. Außerdem gelang es uns Cav1, Nr2f2 und Igfpb5 als Shox2-abhängige Gene in unterschiedlichen Modellsystemen zu bestätigen und zusätzlich einen Zusammenhang zwischen diesen Genen und Erkrankungen des Reizleitungssystems zu erstellen. Darüber hinaus konnten wir innerhalb dieses Forschungsvorhabens die Kausalität zwischen SHOX2 Mutationen und Vorhofflimmern mit Hilfe funktioneller Analysen in vivo und in vitro eindeutig nachweisen und ungefähre Häufigkeiten von kausalen SHOX2 Varianten in Patienten mit Vorhofflimmern bestimmen (3/990; 0.3%). Erstmals konnten wir außerdem eine SHOX2 Variante in einer Kohorte von 98 Patienten mit einer Sinusknotendysfunktion detektieren, die nun bei der Entstehung von Sinusknotendysfunktion untersucht werden soll. Ein Großteil dieses Projektes umfasste die Generierung und Charakterisierung von Patienten-spezifischen iPS Zellen von Vorhofflimmer Patienten mithilfe einer kodierenden und einer nicht-kodierenden (regulatorischen) SHOX2 Mutation. Um vergleichende Analysen durchzuführen zu können, wurden die Mutationen mittels CRISPR/Cas9 korrigiert, um auf diese Weise isogene Kontrollen herzustellen. Die Etablierung eines effizienten Genomeditierungsprotokolls in iPS Zellen kann nun für weitergehende Fragestellungen genützt werden. Zusätzlich entwickelten wir erfolgreich Strategien, um die iPS Zellen in Kardiomyozyten zu differenzieren und anschließend die kardialen Subtypen, insbesondere die nodalen und atrialen, zu selektieren. Mit den erzielten Ergebnissen ist nun eine wesentliche Basis für weiterführende Projekte erfolgreich geschaffen worden. Zusammenfassend kann das bessere Verständnis des Schrittmacher-spezifischen transkriptionellen Netzwerkes durch die Identifizierung und Charakterisierung von SHOX2 und SHOX2-abhängigen Zielgenen zur Entwicklung neuer Strategien beitragen, um diese Netzwerke zu manipulieren. Im besten Fall führen unsere Ergebnisse zu neuen Therapieansätzen für Herzrhythmusstörungen, die in dem von uns etablieren iPS Zellmodell in zukünftigen innovativen Projekten weiterbearbeitet werden sollen.
Publications
- Coding and non-coding variants in the SHOX2 gene in patients with early-onset atrial fibrillation. Basic Res. Cardiol. 2016, 111(3):36
Hoffmann S, Clauss S, Berger IM, Weiß B, Montalbano A, Röth R, Bucher M, Klier I, Wakili R, Seitz H, Schulze-Bahr E, Katus HA, Flachsbart F, Nebel A, Guenther SPW, Bagaev E, Rottbauer W, Kääb S, Just S, Rappold GA
(See online at https://doi.org/10.1007/s00395-016-0557-2) - Comparative expression analysis of Shox2-deficient embryonic stem cellderived sinoatrial node-like cells. Stem Cell Res. 2017, 21:51-57
Hoffmann S, Schmitteckert S, Griesbeck A, Preiss H, Sumer S, Rolletschek A, Granzow M, Eckstein V, Niesler B, Rappold GA
(See online at https://doi.org/10.1016/j.scr.2017.03.018) - Murine transgenic embryonic stem cell lines for the investigation of sinoatrial node-related molecular pathways. Stem Cell Res. 2017, 25:278-282
Schmitteckert S, Griesbeck A, Sumer S, Rolletschek A, Niesler B, Rappold GA, Hoffmann S
(See online at https://doi.org/10.1016/j.scr.2017.07.011)
