Induced pluripotent stem cells with KIT D816V mutation for modeling myeloproliferative diseases

• Induziert pluripotente Stammzellen mit KIT D816V Mutation zur Modellierung Myeloproliferativer Erkrankungen

Gatz, Malrun Ursula; Zenke, Martin (Thesis advisor); Koschmieder, Steffen (Thesis advisor); Sorg, Rüdiger (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2019, 2021)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2019

Kurzfassung

Induziert pluripotente Stammzellen (iPS Zellen) stellen ein besonders reizvolles Werkzeug zur Modellierung humaner Erkrankungen in vitro dar. Myeloproliferative Erkrankungen sind chronische, maligne Veränderungen der myeloiden Zellreihe und assoziiert mit Mutationen in essenziellen Signalwegen der Zellen. An Mastozytose erkrankte Patienten tragen eine Punktmutation in der Rezeptortyrosinkinase KIT (KIT D816V), die zu einem dauerhaft aktiven Rezeptor führt. Diese Mutation verleiht eine Resistenz gegenüber dem Tyrosinkinase-Inhibitor Imatinib (Gleevec/Glivec). Daher gibt es für Patienten mit KIT D816V Mutation in der terminalen Phase der Erkrankung aktuell keine effektive Therapie. Aus diesem Grund generierten wir iPS Zellen KIT D816V positiver Patienten, um mit Hilfe dieses Modells den zugrundeliegenden Pathomechanismus zu untersuchen und Pharmazeutika vor dem patientenspezifischen genetischen Hintergrund zu testen. Zu diesem Zweck wurden aus Patientenmaterial generierte KIT D816V mutierte und unmutierte iPS Zellen zu hämatopoetischen Vorläuferzellen differenziert. Die so gewonnenen Vorläuferzellen zeigten eine in vitro charakteristische Expression ihrer Oberflächenmarker. Zusätzlich wurden humane embryonale Stammzellen (ES Zellen) mit und ohne KIT D816V Mutation als isogene Paare verwendet. Hier wurde die KIT D816V Mutation mittels CRISPR/Cas9n Technologie eingefügt. Analysen verschiedener Pharmazeutika zeigten eine Sensitivität hämatopoetischer Vorläuferzellen, abgeleitet von KIT D816V iPS Zellen und ES Zellen, gegenüber dem Tyrosinkinase-Inhibitor Nintedanib. Im Vergleich einer etablierten humanen Mastzelllinie mit KIT D816V iPS Zell-abgeleiteten Vorläuferzellen konnte ein widersprüchlicher Effekt von Nintedanib auf die Viabilität und Wirkung auf Signalwege, die dem KIT Rezeptor nachgeschaltet sind, nachgewiesen werden. Dies demonstriert die Notwendigkeit eines verlässlichen Modells zur Untersuchung dieser Erkrankung. Patientenspezifische KIT D816V iPS Zellen und davon abgeleitete KIT D816V hämatopoetische Vorläuferzellen können unbegrenzt reproduziert werden und befreien somit von der limitierten Menge primären Patientenmaterials in der Entwicklung neuartiger therapeutischer Strategien. Patientenspezifische KIT D816V iPS Zellklone können als nützliches in vitro Modell zur Untersuchung dieser Pathologie verwendet werden und neue Einblicke in die Pathophysiologie der Erkrankung bieten.

Einrichtungen

• Fachgruppe Biologie [160000]
• [811002-2]