CRISPR/Cas9 Genom-Engineering zur Erforschung von MPNs

Myeloproliferative Neoplasien (MPN) sind chronisch, bösartige Erkrankungen unseres Blutsystems, welche durch eine vermehrte Bildung reifer Blutzellen und eine zunehmende Vermehrung von Fasern im Knochenmark charakterisiert sind. Je nachdem, welche Blutzellen betroffen sind spricht man von Polyzythämia vera rubra (PV, rote Blutzellen), essentieller Thrombozythämie (ET, Blutplättchen) oder pimärer Myelofibrose (MF, unterschiedliche Linien mit zusätzlich gesteigerter Bildung von Fasern im Knochenmark des Patienten). Als gemeinsame genetische Ursache konnte in den allermeisten Fällen von PV und etwa der Hälfte aller ET and MF Patienten eine Mutation im JAK2 Gen (JAK2V617F) gefunden werden. JAK2 stellt einen wesentlichen Bestandteil der physiologischen Signalübertragung in Zellen dar. Durch die Mutation kommt es zur dauerhaften Aktivierung des Signaltransduktionsweges und in weitere Folge zur ungebremsten Vermehrung der Zellen. Bis heute ist jedoch nicht geklärt wie eine einzelne Mutation unterschiedliche Erkrankungsbilder in Patienten hervorrufen kann. Die JAK2V617F Mutation wurden zwar umfangreich in transgenen Tiermodellen untersucht jedoch ist gibt es zwischen Menschen und Mäusen maßgebliche Unterschiede, wodurch aus Mausmodellen gewonnen Erkenntnisse nicht automatisch unmittelbar für Patienten genutzt werden können. Das Ziel dieses Antrages ist es daher die Rolle von JAK2V617F in menschlichen Zellen und den Beitrag zur Krankheitsentstehung in Menschen genauer zu beleuchten. Hierfür wollen wir mittelsCRISPR/Cas9-Technologie die JAK2V671F- Mutation gezielt, prospektiv in gesunde humane Blutstammzellen einbringen und danach die funktionellen Auswirkungen auf die Zellen untersuchen. Darüberhinaus wollen wir ein von uns neu-entwickeltes Maus-Xenotransplantationssystem verwenden (humane Zellen werden in immunsupprimierte Mäuse transplantiert), welches uns erstmalig erlaubt genetische veränderte menschlichen Zellen in Mäusen zu untersuchen. Mithilfe dieses Projektes werden wir die Rolle von JAK2V617F und zu Grunde liegenden biologischen Mechanismen in der Entstehung unterschiedlicher MPNs genauer erforschen. Ergebnisse unserer Untersuchungen sollen dazu beitragen neue therapeutischer Strategien zu entwickeln, welche für die Behandlung von MPN Patienten zur Anwendung kommen könnten .

Unser Forschungsprojekt beschäftigte sich mit der Entstehung von myeloproliferativen Neoplasien (MPNs), einer Gruppe chronischer Blutkrebserkrankungen, die durch erworbene Mutationen in Blutstammzellen verursacht werden. Diese Erkrankungen führen zur übermäßigen Produktion von Blutzellen und können auch zu ernsthaften Gesundheitsproblemen wie der Entstehung von Blutgerinnsel und sogar der Transfomation in eine akute Leukämie führen. Unser Fokus lag auf der detaillierten Untersuchung von CALR (Calreticulin)-Mutationen, welche eine bedeutende Rolle bei bestimmten Arten von MPNs wie der essentiellen Thrombozythämie (ET) und der primären Myelofibrose (PMF) spielen. Mit moderner CRISPR/Cas9-Technologie konnten wir erfolgreich CALR-Mutationen in gesunde menschliche Blutstammzellen eingeführt. Dieser innovative Ansatz ermöglichte es uns, zu erforschen, wie diese Mutationen das Verhalten der Zellen beeinflussen und somit zur Entwicklung von MPNs beitragen. Unsere Ergebnisse zeigten, dass CALR-Mutationen den Blutstammzellen erlauben, unabhängig von normalen Wachstumssignalen zu wachsen, was wiederum zu einer übermäßigen Produktion von Blutzellen wie Megakaryozyten und Blutplättchen führt. In Tiermodellen wiesen die CALR mutierten Zellen eine erhöhte Überlebens- und Wachstumsrate auf, und führten Ausprägung von typischen MPN Merkmale wie vergrößerte Milzen und Knochenmarksfibrose. Darüber hinaus entdeckten wir, dass CALR-Mutationen spezifische zelluläre Signalwege aktivieren, die für das Überleben und die Vermehrung der Zellen entscheidend sind. Diese Erkenntnis eröffnet aufregende Möglichkeiten für gezielte Behandlungen, die speziell auf die durch diese Mutationen geschaffenen Schwachstellen abzielen. Unsere Forschung legt nahe, dass bereits bestehende Medikamente möglicherweise umfunktioniert werden könnten, um Patienten mit CALR-mutierten MPNs zu behandeln und neue Wege für effektivere Therapien zu eröffnen. Zusätzlich haben wir durch die Veröffentlichung von detaillierten Protokollen für unsere Genbearbeitungstechniken, zu allgemeinem wissenschaftlichem Fortschritt beigetragen, indem wir es anderen Forschern ermöglichen, unsere Methoden für deren spezifische Fragestellung anzuwenden. Insgesamt haben wir in diesem Projekt wertvolle Einblicke in die Mechanismen gewonnen, die MPNs antreiben, und potenzielle therapeutische Strategien aufgezeigt, die Patienten in Zukunft zugutekommen könnten.