Funktion und Mechanismus der langen nicht-proteinkodierende RNAs und DNA Elemente des Genlokus Handsdown

• Antragsteller: Dr. Phillip Grote
• Fachliche Zuordnung: Humangenetik ; Entwicklungsbiologie ; Kardiologie, Angiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403634508

Die genetisch-oder krankheitsbedingte Herzinsuffizienz ist eine der häufigsten Todesursachen in der westlichen Welt und 1 aus 100 Neugeborenen weist bereits entwicklungsbedingte Fehlbildungen des Herzens auf. Das adulte Herz hat ausserdem nur sehr eingeschränkt die Möglichkeit, geschädigtes Gewebe zu regenerieren. In Folge dessen kommt es nach einer Schädigung des Herzmuskelgewebes zu Fehlbildungen des Herzens und damit zu einem erhöhten Risiko von Herzversagen. Um Regeneration von verletztem Herzgewebe zu verbessern und neue Therapiemöglickeiten zu entwickeln, ist es notwendig, unser Verständnis der Herzentwicklung zu erweitern.Das Herz ist das erste Organ, welches sich während der Embryonalentwicklung der Vertebraten bildet und im Mausembryo sind kontraktile Kardiomyozyten bereits acht Tage nach der Befruchtung vorhanden. Direkt nach der Geburt hat sowohl das menschliche als auch das Herz der Maus das Potential, geschädigtes Gewebe fast vollständig durch funktionelles Gewebe zu ersetzen. Während die Rolle von Genen, die für Proteine kodieren, bei der Steuerung der Herzentwicklung und frühen Regeneration bereits sehr gut verstanden ist, ist die Rolle von nicht-protein kodierenden RNAs, insbesondere von langen nicht-protein kodierenden RNAs (lncRNAs), bisher nicht ausreichend untersucht. LncRNAs sind RNA Moleküle, die aus mehr als 200 Nukelotiden bestehen und allen in silico Analysen nach keine proteinkodierenden Sequenzabschnitte aufweisen. Unsere eigenen Untersuchungen konnten bereits eine essentielle Rolle der lncRNA Fendrr in der Entwicklung des Mausherzens zeigen. Fendrr interagiert dabei mit histonmodifizierenden Enzymkomplexen und nimmt somit epigenetisch Einfluss auf die Entwicklung des Herzens. Wir haben einen bisher nicht untersuchten, konservierten lncRNA Lokus identifiziert, der essentiell für die Embryonalentwicklung der Maus ist. Dazu haben wir den Lokus in murinen embryonalen Stammzellen mittels CRISPR/Cas9 Genommanipulation deletiert und aus diesen Zellen Embryonen generiert. Die Embryonen weisen starke Deformierungen, unter anderem im Herzen, auf. Wir werden die in vivo Funktion dieses Lokus im Detail aufschlüsseln und seinen Mechanismus aufdecken. Wir werden untersuchen, ob die von diesem Lokus generierten RNAs funktionstragend sind, oder ob schon die Transkription der RNAs oder die DNA Elemente eine wichtige Rolle spielen.Durch das gewonnene Wissen über die genaue Funktionsweise dieses lncRNA Lokus erwarten wir neue Erkenntnisse über die Funktionsweise dieses Typs Genlokus während der Herzentwicklung. Ausserdem erlaubt ein antisense RNA (GapmeR) basiertes Eingreifen in die Funktion dieses Lokus, bzw. dessen RNAs, im adulten Herzen das genetische Netzwerke aus der Embryonalentwicklung gezielt auch im adulten Herz zu initiieren. Dies wiederum könnte ein Reaktivierung der Kardiomyozytengenerierung auch im adulten System erlauben, speziell nach einer Schädigung des Herzens und damit einen regenerativen Effekt ausüben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen