Epigenetische Suppression von RASAL1 und ATP2A2 als Biomarker und Therapieansatz bei kardialer Fibrogenese
Epigenetic suppression of RASAL1 and ATP2A2 as biomarker and therapeutic approach in cardiac fibrosis
by Jonas Gosch
Date of Examination:2020-07-14
Date of issue:2020-07-10
Advisor:Prof. Dr. Elisabeth Zeisberg
Referee:Prof. Dr. Dr. Torsten Klengel
Referee:Prof. Dr. Tim Beißbarth
Persistent Address:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-8091
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Abstract
English
Chronic heart diseas constitutes a growing medical challenge on a global scale. It is associated with cardiac fibrosis - the accumulation of extracellular matrix produced by persistently activated fibroblasts. Epigenetic pathways play an important role in this activation, especially DNA methylation. Through aberrant CpG promoter methylation of certain genes, their transcription can be silenced. In this study, AT-II was used to induce cardiac fibrosis in mice in order to learn more about the connection between epigenetics and cardiac fibrosis. It was shown, that promoter methylation levels of Rasal1 in DNA from tissue and blood correlate with cardiac fibrosis levels in mice and could therefore function as a biomarker for cardiac fibrosis. Another gene studied in the same way was Atp2a2. A significant correlation with fibrosis levels could be shown in DNA from cardiac tissue, but not in DNA from blood. Both potential biomarkers were also tested in human blood samples from HOCM patients. Among these, especially patients with a preserved cardiac ejection fraction showed a strong correlation between RASAL1/ ATP2A2 promoter methylation levels and levels of cardiac fibrosis. Therefore patients with HFpEF (Heart Failure with preserved Ejection Fraction) could especially benefit from these biomarkers in the future. In order to test a therapeutic approach through demethylation, low-dose hydralazine was additionally administered to mice that were already treated with AT-II. Less cardiac fibrosis could be detected, showing that low-dose hydralazine could be a promising therapeutic option for cardiac fibrosis through demethylation.
Keywords: epigenetics; Rasal1; Atp2a2; Serca2; Hydralazine; cardiac fibrosis; biomarker; DNA methylation; cardiology
German
Chronische Herzerkrankungen wie die Herzinsuffizienz stellen auf globaler Ebene eine zunehmende Herausforderung dar. Sie gehen mit einer Herzfibrosierung einher, die von epigenetischen Regulationsmechanismen beeinflusst wird. Dabei wird der Ras-Inhibitor RASAL1 durch aberrante Promotormethylierung seines Gens supprimiert. Fibroblasten-Aktivierung und EZM-Überproduktion sind die Folge. Im Zuge dieser Arbeit wurde überprüft, ob die Rasal1-Promotormethylierung mit dem Grad an Herzfibrose korreliert und ob die aus Blut gewonnenen Messwerte damit als Biomarker für kardiale Fibrose infrage kommen. Auch Atp2a2 als Gen der Ca2+- ATPase Serca2 wurde hinsichtlich des Zusammenhangs zur Herzfibrose epigenetisch untersucht. Zur Fibroseinduktion im Mausmodell wurde AT-II verwendet. Beide Gene zeigten in Gewebe und Blut der erkrankten Mäuse eine Promotorhypermethylierung. Die direkte Korrelation zur histologischen Fibrosequantifizierung bestätigte die Funktion der Rasal1-Promotormethylierung als Biomarker. Die Quantifizierung der Proteinexpression zeigte, dass Rasal1 bei aberranter Methylierung seines Promotors zurückging, nicht jedoch Serca2 bei Atp2a2-Hypermehylierung. Eine Überprüfung des Biomarkers beim Menschen gelang durch die Testung einer Kohorte von HOCM- Patienten, deren RASAL1- und ATP2A2-Promotormethylierung mit ihrem durch MRT ermittelten Herzfibrosegrad korrelierten – unselektioniert jedoch nur für ATP2A2 in signifikantem Ausmaß. Die Eingrenzung des Kollektivs auf Patienten mit einer EF > 55 % führte bei Betrachtung beider Gene zu hochsignifikanten Korrelationen. Es wurde geschlussfolgert, dass beide Biomarker besonders gut bei Patienten mit einer physiologischen EF anwendbar sein könnten, zum Beispiel also bei Patienten mit HFpEF (Heart Failure with preserved Ejection Fraction). Schließlich wurde anhand einer weiteren Kohorte des AT-II-Mausmodells ein kausaltherapeutischer Ansatz überprüft. Dazu wurde den Tieren zusätzlich der Wirkstoff Hydralazin verabreicht. In hohen Dosen blutdrucksenkend hatte er in der verwendeten geringen Konzentration eine demethylierende Wirkung. Es konnte ein reduzierter Herzfibrosegrad gemessen werden.
Schlagwörter: Herzfibrose; Biomarker; Rasal1; Atp2a2; Serca2; Hydralazin; Epigenetik; Promotormethylierung; Kardiologie