Untersuchung einer Lp(a) Mutation mittels RNA und Organoide

Hintergrund: Ungefähr ein Fünftel der Bevölkerung weist erhöhte Lipoprotein(a) [Lp(a)]-Spiegel und somit ein bis zu 2-3-fach erhöhtes Risiko für kardiovaskuläre Erkrankungen auf. Trotzdem sind viele Merkmale des Lp(a) Spiegels in der Bevölkerung noch rätselhaft. Wir konnten kürzlich eine sehr häufige Mutation im Lp(a) Gen (4925G>A) beschreiben, welche trotz genetisch ungünstiger Voraussetzungen die Lp(a)-Spiegel um 70% verringert. Diese Mutation ist möglicherweise für viele Auffälligkeiten der Lp(a)-Spiegel in der Bevölkerung verantwortlich. Die genauen Effekte dieser Mutation auf die Lp(a)-Produktion in der Zelle konnten jedoch noch nicht bestimmt werden, da es zurzeit kein optimales Zellkultursystem für die Erforschung von Lp(a) gibt. Lp(a) wird ausschließlich in der Leber produziert und existiert nur bei Menschen und Affen. Zudem gibt es in der Bevölkerung über 40 verschiedene Lp(a) Subtypen (sogenannte Isoformen). Kürzlich wurden sogenannte Organoide als neue Form der Zellkultur entwickelt. Diese versprechen erstmals die Funktion eines echten Organs möglichst realistisch widerzuspiegeln und stellen daher ein vielversprechendes System zur Erforschung von Lp(a) dar. Ziele: Dieses Projekt verfolgt zwei Ziele: Die Effekte von 4925G>A auf die Lp(a)-Produktion zu untersuchen und eine umfassende Sammlung von Organoiden mit verschiedensten Lp(a)-Merkmalen und Isoformen zu erstellen. Methoden: Von freiwilligen Spendern, die aus medizinischen Gründen einer Leberresektion unterzogen werden, werden wir eine kleine Menge Lebergewebe gewinnen. Wir erwarten, dass ungefähr 20% der Spender die 4925G>A Mutation tragen. In diesen werden wir mithilfe neuester Sequenzierungsmethoden, welche unter anderem sämtliche Genprodukte in der Zelle gleichzeitig erfassen, die Effekte von 4925G>A auf die Lp(a)-Produktion untersuchen. Zusätzlich werden wir das Auftreten von sogenannten Transkript-null Allelen, also Genkopien, die kein Lp(a) produzieren, untersuchen. Schließlich werden wir eine umfangreiche Sammlung von Leberorganoiden mit genau definierten Lp(a) Merkmalen anlegen und Bedingungen entwickeln, um in den Organoiden Lp(a) zu produzieren und zu erforschen. Chancen: Aus dem Verständnis, wie die 4925G>A Mutation die Lp(a) Spiegel senkt bzw. warum manche Genkopien gar kein Lp(a) produzieren, ergeben sich neue Ansätze für Lp(a)-senkende Therapien. Gleichzeitig werden Lp(a)-produzierende Organoidkulturen mit genau definierten Lp(a)- Merkmalen erstmals ein realistisches Modell zur Erforschung des Lp(a)-Stoffwechsels und zur Erprobung von Therapien liefern. Es existiert derzeit kein vergleichbares Forschungs-Modell.

Der Lipoprotein(a)-Spiegel im Blut ist einer der wichtigsten Risikofaktoren für Herz-Kreislauf-Erkrankungen in der Bevölkerung. Die Lp(a)-Werte variieren in der Bevölkerung um den Faktor 1000 und sind, im Gegensatz zu anderen Blutfetten wie LDL- oder HDL-Cholesterin, fast vollständig genetisch reguliert. Dies geschieht durch ein komplexes Zusammenspiel einer sogenannten copy number variation, der "KIV-2 Region", und vielen verschiedenen genetischen Mutationen ("genetischen Varianten"). Eine copy number variation ist eine Region im Genom, die bei jedem Menschen unterschiedlich häufig vorkommt. Die Anzahl der KIV-2-Elemente bestimmt etwa 30-70% der Varianz von Lp(a) im Blut. Es gibt jedoch eine ganze Reihe von häufigen genetischen Varianten in der Bevölkerung, die den Lp(a)-Wert zusätzlich beeinflussen und den Einfluss der Anzahl der KIV-2 Elemente verändern. Im vorliegenden Projekt konnten wir die beiden wichtigsten genetischen Varianten in der europäischen Bevölkerung beschreiben und insbesondere die sogenannte KIV-2 4925G>A Variante genauer untersuchen. Dabei konnten wir zeigen, dass die KIV-2 4925G>A Variante den Effekt von zwei anderen Varianten bedingt bzw. stark verändert. In früheren Arbeiten wurde ein Lp(a)-reduzierender Effekt der sogenannten "Pentanukleotid-Variante" gefunden, dessen Mechanismus jedoch nie aufgeklärt. Wir konnten zeigen, dass die Pentanukleotid-Variante nur den Effekt von 4925G>A widerspiegelt und alleine keinen Effekt hat. Darüber hinaus konnten wir zeigen, dass der Effekt der Thr3888Pro-Variante, einer anderen oft untersuchten Lp(a)-Variante, von der Anwesenheit von KIV-2 4925G>A abhängt. Wenn KIV-2 4925G>A vorhanden ist, ist Thr3888Pro mit einem niedrigeren Lp(a)-Wert verbunden. Ist Thr3888Pro jedoch allein vorhanden, erhöht es den Lp(a)-Wert. Letzteres war bisher nicht bekannt und wirft ein neues Licht auf die möglichen molekularen Effekte von Thr3888Pro. Zudem zeigt es wie komplex das Zusammenspiel der verschiedenen genetischen Varianten im Lp(a) sind. Die KIV-2 Variante 4925G>A spielt dabei eine besonders wichtige Rolle. Ein weiteres Ziel des Projektes war es, ein neues Leberzellmodell in Form von Organoiden zu züchten, um den Lp(a)-Metabolismus zu untersuchen. Im Laufe der Experimente haben wir festgestellt, dass es von außerordentlicher Bedeutung ist, dass die Organoidzellen nicht nur als Leberzellen gezüchtet werden, sondern auch die richtige "zonale Identität" haben. Die menschliche Leber ist in so genannte Leberläppchen ("Lobuli") unterteilt, die wiederum in verschiedene Zonen unterteilt sind. Jede Zone hat unterschiedliche Funktionen, aktiviert unterschiedliche Gene und produziert unterschiedliche Stoffe. In welcher dieser Zonen Lp(a) gebildet wird, war bisher unbekannt. Damit fehlte ein wichtiges Puzzleteil für die Etablierung neuer Zellkulturmodelle zur Untersuchung des Lp(a)-Metabolismus. In umfangreichen Experimenten mit unterschiedlichen Methoden konnten wir die Zone in der Lp(a) wahrscheinlich produziert genauer definieren. Dies liefert ein wichtiges neues Puzzleteil zum Verständnis des Lp(a)-Metabolismus.