Diabetes mellitus liegt bei etwa 20% der über 60-Jährigen vor und erhöht das Risiko für kardiovaskuläre Erkrankungen wie Rhythmusstörungen und Herzinsuffizienz. Leider halten sich Patienten häufig nicht an die empfohlene Behandlung, was zusätzlich eine Hyperglykämie mit erhöhtem Risiko für eine diabetische Kardiomyopathie begünstigt. Hohe Glukosespiegel können zu einer Glykosylierung der Stress-Kinase CaMKIIδ an Serin 280 und somit zu einer pathologischen Überaktivierung führen. Eine gesteigerte Aktivität der CaMKIIδ wurde bereits zuvor als ein zentraler Mechanismus für die Genese verschiedener kardialer Erkrankungen identifiziert. In dem vorliegenden Projekt soll erstmals eine CRISPR-Cas9 Gen-Editingstrategie entwickelt werden, um die Glykosylierungsstelle der CaMKIIδ in vivo auszuschalten. Dies könnte zu einem potenziellen therapeutischen Ansatz für die diabetische Kardiomyopathie führen. Hierzu werden wir verschiedene Editingstrategien konzipieren (insbesondere Basen- und Prime-Editing) und an HEK293-Zellen sowie humanen Stammzellen testen. Wir werden homozygote Stammzelllinien generieren (Wildtyp und mit editierter CaMKIIδ) und zu Kardiomyozyten differenzieren. Nach einer 10-tägigen Kultur mit hohem Glukosegehalt werden die Editierungsstrategien auf ihre kardioprotektive Wirkung hin untersucht. Wir werden mehrere Mechanismen beleuchten, die bereits zuvor mit CaMKIIδ-abhängigen pathologischen Signalen in Verbindung gebracht wurden. Insbesondere werden wir stimulierte Kalziumtransienten (Epifluoreszenzmikroskopie), das diastolische Kalziumleck am sarkoplasmatischen Retikulum (konfokale Laser-Mikroskopie) und den späten Natriumstrom (Patch Clamp-Technik) messen. Es wird erwartet, dass diese Mechanismen nach Kultur mit hohem Glukosegehalt pathologisch verändert sind, jedoch nicht, wenn zuvor die Glykosylierungsstelle der CaMKIIδ ausgeschaltet wurde. Die vielversprechendste Editingstrategie möchten wir dann in vivo weiterverfolgen. Nachdem Diabetes durch Streptozotocin-Gabe induziert wurde, wollen wir das optimierte Editingkonstrukt an einem humanisierten CaMKIIδ Knockin-Mausmodell testen. Mit Hilfe eines Adeno-assoziierten Virus vom Serotyp 9 und durch Nutzung eines Troponin T-Promotors soll kardiomyozytenspezifisches Editing in vivo erzielt werden. Weiterhin werden die Mäuse zu einem späteren Zeitpunkt einer Aortenverengung (TAC) unterzogen. Im Verlauf des Versuchs werden regelmäßig Herzfunktion und -struktur mittels Echokardiographie untersucht. Mit programmierter elektrischer Stimulation wird die Arrhythmie-Neigung in vivo getestet. Es wird erwartet, dass Wildtyp-Mäuse mit Diabetes eine beeinträchtigte kardiale Kontraktilität und ein erhöhtes Risiko für Arrhythmien aufweisen. Wir vermuten, dass kardiomyozytenspezifisches CRISPR-Cas9 Gen-Editing der CaMKIIδ vor diesen schädlichen Prozessen schützt, was zu einem therapeutischen Ansatz für die diabetische Kardiomyopathie führen könnte.
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