AG Konze
Kardiomyozyten aus humanen induzierten pluripotenten Stammzellen als zelluläres Modell für die Hypertrophe Kardiomyopathie
Forschungsschwerpunkt
Der Forschungsschwerpunkt unserer Arbeitsgruppe ist die Untersuchung von aus humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPSCs) hergestellten Kardiomyozyten (hiPSC-CMs) mit Mutationen im kardialen Myosin-bindenden Protein C (cMyBP-C). Mutationen im cMyBP-C sind neben Mutationen im beta-kardialen Myosin (MyHC) die häufigste genetische Ursache für die Hypertrophe Kardiomyopathie, einer schwerwiegenden Herzerkrankung, die sich makroskopisch meist in einer ausgeprägten Verdickung des Septums sowie der Wand des linken Ventrikels äußert. Auf mikroskopischer Ebene ist eine Fibrosierung des Herzmuskels sowie ein Verlust der Ausrichtung der Kardiomyozyten (Disarray) erkennbar. Diese Veränderungen führen zu einer zunehmenden Herzinsuffizienz, können aber auch Herzrhythmusstörungen und den plötzlichen Herztod zur Folge haben.
Wir untersuchen hier in einem DFG-geförderten Projekt mehrere hiPSC-Linien mit unterschiedlichen Mutationen in cMyBP-C, um das Verständnis der molekularen Mechanismen, die zur Entstehung der Krankheit beitragen, zu verbessern. Unsere Hypothese ist, dass ungleiche Kontraktionseigenschaften benachbarter Kardiomyozyten („contractile imbalance“) zur Entwicklung von Disarray und Fibrosierung führen oder beitragen. Mechanismen, die zur contractile imbalance führen, sollen hier im zellulären Modell charakterisiert werden.
Die hiPSC-CMs werden in Kooperation mit der Arbeitsgruppe von PD Dr. Robert Zweigerdt, LEBAO, MHH, in hoher Reinheit generiert und mit unseren etablierten Maturierungsprotokollen weiter kultiviert, um eine möglichst große Homogenität im Hinblick auf verschiedene Maturierungsmarker, z.B. beta-MyHC zu erzeugen. In den maturierten Kardiomyozyten untersuchen wir dann Unterschiede in der Genexpression, im kontraktilen Verhalten, in Calciumtransienten sowie in der Ausrichtung der Myofibrillen zwischen hiPSC-CMs mit cMyBP-C-Mutation und Kontroll-hiPSC-CMs. Diese Untersuchungen erfolgen u.a. mittels MyoCam-Analysen, Immunfluoreszenz-Mikroskopie sowie Live Cell-Mikroskopie.
Aktuelle Mitarbeitende
- M. Sc. Felix Osten
- M.Sc. Karina Ivaskevica
- Cand med. Noah R. Scheller (StrukMed)
- Tim Holler (MTLA)
- Uwe Krumm (FH)
- Birgit Piep (MTV/MTLA)
- (FWJlerin)
Maylin Jenny Schneider
Ehemalige Mitarbeiter/-innen
- Dr. rer. nat. Meike Wendland
- Dr. med. Stephan Greten
- Dr. med. PhD. Natalie Weber
- Cand. med. Simon Schulte (StrukMed)
- Cand. med. Jan Nicolas Riesselmann (StrukMed)
- Cand med. Thomas Richard Saka Ikuye (StrukMed)
- Osten, F., Weber, N., Wendland, M., Holler, T., Piep, B., Kröhn, S., Teske, J., Bodenschatz, A.K., Devadas, S.B., Menge, K.S., Chatterjee, S., Schwanke, K., Kosanke, M., Montag, J., Thum, T., Zweigerdt, R., Kraft, T., Iorga, B., and Meissner, J.D. (2023), Myosin expression and contractile function are altered by replating stem cell–derived cardiomyocytes, J Gen Physiol (2023) 155 (11): e202313377, https://doi.org/10.1085/jgp.202313377, Online ahead of print
- Halloin C, Schwanke K, Lobel W, Franke A, Szepes M, Biswanath S, Wunderlich S, Merkert S, Weber N, Osten F, de la Roche J, Polten F, Christoph Wollert K, Kraft T, Fischer M, Martin U, Gruh I, Kempf H, Zweigerdt R. Continuous WNT Control Enables Advanced hPSC Cardiac Processing and Prognostic Surface Marker Identification in Chemically Defined Suspension Culture. Stem cell reports. 2019;13(2):366-79.
- Iorga B, Schwanke K, Weber N, Wendland M, Greten S, Piep B, Dos Remedios CG, Martin U, Zweigerdt R, Kraft T, Brenner B. Differences in Contractile Function of Myofibrils within Human Embryonic Stem Cell-Derived Cardiomyocytes vs. Adult Ventricular Myofibrils Are Related to Distinct Sarcomeric Protein Isoforms. Frontiers in physiology. 2017;8:1111.
- Weber N, Schwanke K, Greten S, Wendland M, Iorga B, Fischer M, Geers-Knorr C, Hegermann J, Wrede C, Fiedler J, Kempf H, Franke A, Piep B, Pfanne A, Thum T, Martin U, Brenner B, Zweigerdt R, Kraft T. Stiff matrix induces switch to pure beta-cardiac myosin heavy chain expression in human ESC-derived cardiomyocytes. Basic research in cardiology. 2016;111(6):68.
Ausgewählte publizierte Abstracts
- Weber N., Holler T., Meißner J., Montag J., Peschel N., Mayer A., Schwanke K., Piep B., Martin U., Zweigerdt R., Kraft T. Pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes from a patient with Arg723Gly β-myosin heavy chain mutation show alterations in twitch contractions, calcium transients and highly variable allele specific expression of mutant/wildtype β-MyHC mRNA. Circulation.2019;140:A13008. AHA Scientific Sessions Conference, Philadelphia, USA, 2019.
- Kowalski K., Weber N., Holler T., Radocaj A., Fischer M., de la Roche J., Tiemann S., Schwanke K., Piep B., Lingk A., Krumm U., Martin U., Zweigerdt R., Brenner B., Kraft T. Twitch kinetics and action potential parameters are independent of expressed myosin heavy chain isoform in human stem cell-derived cardiomyocytes. Acta physiologica, October 2019, Volume 227, Issue S719, pp146-147. Deutsche Physiologische Tagung 2019.
- Weber N., Holler T., Peschel N., Schwanke K., Piep B., Martin U., Zweigerdt R., Kraft T. Pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes from a patient with Arg723Gly β-myosin heavy chain mutation as model for Hypertrophic Cardiomyopathy? J Muscle Res Cell Motil (2019) 40:272-273. European Muscle Conference, Canterbury, UK, 2019.
- Grunert M., Appelt S., Weber N., Huanhuan Cui, Fleur E. Mason, Niels Voigt, Silke R. Sperling. Induced pluripotent stem cell of patients with Tetralogy of Fallot reveal alterations in cardiomyocyte differentiation [version 1; not peer reviewed]. F100Research 2019, 8:1192 (poster) (doi:10.7490/f1000research.1117120.1). ISMB/ECCB, Basel, Switzerland, 2019.
- Weber N., Kowalski K., Holler T., Radocaj A., Fischer M., de la Roche J., Thiemann S., Schwanke K., Lingk A., Krumm U., Piep B, Martin U., Zweigerdt R., Brenner B., Kraft T. In human embryonic stem cell-derived cardiomyocytes twitch kinetics and action potential parameters are independent of the xpressed myosin heavy chain isoform. Biophysical Journal, Vol. 116, Issue 3, Suppl. 1, p118a. Biophysical Society Meeting, Baltimore, USA, 2019. Recipient of Travel Award from the Biophysical Society 2019.
- Weber N., Kowalski K., Holler T., Radocaj A., Schwanke K., Lingk A., Krumm U., Wendland M., Zywietz U., Chichkov B., Martin U., Zweigerdt R., Bernhard Brenner, Theresia Kraft. Human Embryonic Stem-Cell Derived Cardiomyocytes: Single-Cell Mapping to Relate Twitch Kinetics to Myosin Heavy Chain Protein and mRNA-Expression. Biophysical Journal 114 (3): 549a. Biophysical Society Meeting, San Fransisco, USA, 2018.
- Iorga B., Weber N., Schwanke K., Piep B., Wendland M., Greten S., Martin U., Zweigerdt R., Kraft T., Brenner B. Do β-Myosin heavy chain isoform-expressing myofibrils within human ESC-derived cardiomyocytes recapitulate the contractile features of adult human ventricular myofibrils?, J. Muscle Res. Cell. Motil., 2017, 38:391, DOI 10.1007/s10974-017-9490-8; European Muscle Conference, 2017, Potsdam, Germany
- Weber N., Kowalski K., Holler T., Lingk A., Radocaj A., Krumm U., Wendland M., Zywietz U., Chichkov B., Schwanke K., Martin U., Zweigerdt R., Brenner B., Kraft T. Single cell mapping used to assign mRNA and protein expression of cardiac myosin heavy chain to twitch kinetics of the same human embryonic stem cell derived cardiomyocyte. J Muscle Res Cell Motil 38:344. European Muscle Conference, Potsdam, GER, 2017. Young Investigator Award, 1st place.
- Weber N., Iorga B., Greten S., Wendland M., Schwanke K., Martin U., Brenner B., Zweigerdt R., Kraft T. Expression of fast vs. slow cardiac myosin heavy chain in human embryonic stem-cell derived cardiomyocytes: Effects on force generation, tension cost and time course of twitches. Acta physiologoca; vol. 213, Issue S699, page 113, P114. German Annual Physiology Society Conference, Magdeburg, 2015. Travel grant to the conference given by the German Physiology Society.
- Sarah Konze
Leitung von Praktika für Human- und Zahnmediziner/-innen sowie Biologen/-innen im Fach Physiologie
Leitung von Seminaren für Studierende des Studiengangs Hebammenwissenschaft im Fach Physiologie
Betreuung von Bachelor- und Masterarbeiten in der Biochemie / (Molekular-) Biologie
- Dr. Joachim Meißner
Leitung von Praktika für Human- und Zahnmediziner/-innen sowie Biologen/-innen zu diversen physiologischen Themen.
Leitung von Seminaren für Humanmediziner/-innen zu diversen physiologischen Themen.
- Felix Osten
Leitung von Praktika für Human- und Zahnmediziner/-innen sowie Biologen/-innen zum Thema Muskel.
- Karina Ivasjevica
Leitung von Praktika für Human- und Zahnmediziner/-innen sowie Biologen/-innen im Fach Physiologie.