Charakterisierung von Kardiomyozyten aus Herzgewebe und aus humanen Stammzellen

Maturierung humaner von pluripotenten Stammzellen abgeleiteter Kardiomyozyten (hPSC-CMs) und die Aufklärung der involvierten Signalwege

 

Forschungsschwerpunkt

Wir untersuchen Strategien zur Maturierung von hPSC-CMs zu einem adulten, Ventrikel-ähnlichen Phänotyp und die daran beteiligten Signalwege, vergleichend an von humanen embryonalen und humanen induzierten pluripotenten Stammzellen abgeleiteten Kardiomyozyten (hES- bzw. hiPSC-CMs, in Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Dr. Robert Zweigerdt, LEBAO, MHH). Bemerkenswerterweise weisen hPSC-CMs eine ausgeprägte Heterogenität auf, z.B. in Hinblick auf die Expression der Isoformen des Motorproteins Myosin (MyHC), a und β. Die Expression von β-MyHC kann neben anderen Faktoren als Marker für die Maturierung der hPSC-CMs angesehen werden, da β die überwiegend im humanen ventrikulären Myokard exprimierte MyHC-Isoform ist. Der Reifungszustand von hPSC-CMs spielt eine wesentliche Rolle bei der Etablierung von Zellkultur-Modellen für kardiale Erkrankungen wie z.B. der in der Molekular- und Zellphysiologie untersuchten hypertrophen Kardiomyopathie (HCM) sowie für mögliche klinische Applikationen von hPSC-CMs in der Zellersatztherapie und für das Wirkstoff-Screening.

 

Die Strategien zur Förderung der Maturierung der hPSC-CMs umfassen einerseits mechanische Faktoren wie Veränderung der Steifheit der Zellkultur-Matrix und Dehnung sowie andererseits die Modifikation von beteiligten Signalwegen. Als Marker der Maturierung werden die Expression von Isoformen sarkomerischer Proteine und von Proteinen der Calciumhomöostase sowie von für das Ruhemembran- bzw. Aktionspotential relevanter Ionenkanalproteine untersucht. Bezüglich relevanter Signalwege der Maturierung der hPSC-CMs liegt der Schwerpunkt auf dem mechanosensing und der mechanotransduction, insbesondere Integrin- und Calcium-abhängige Signalwege. Auf Grund der erwähnten Heterogenität der hPSC-CMs ergibt sich die Notwendigkeit, globale Analysen der Proteinexpression- und phosphorylierung mittels Gelelektrophorese und Western Blot durch Untersuchungen auf der Einzelzell-Ebene mittels Immunfluoreszenz zu ergänzen. Desweiteren werden Genexpressionsanalysen mit Schwerpunkt auf ausgewählte kardiale Gengruppen und mechanosensing/-transduction mittels RNA sequencing, DNA oligonucleotide microarrays und qPCR durchgeführt. Die Expressionsdaten können in Zusammenarbeit mit anderen AGs des Instituts mittels einer etablierten Wiederfindungsmethode auf Einzelzell-Ebene funktionellen Parametern von Kontraktionen und Calciumtransienten zugeordnet werden.