Investigating Mitogenic Mechanism and Therapeutic Efficacy of Adenosine Deaminase Knockout in Human and Murine Cardiomyocytes

研究人和小鼠心肌细胞中腺苷脱氨酶敲除的有丝分裂机制和治疗效果

基本信息

  • 批准号:
    10815529
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 4.25万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-09-30 至 2024-09-29
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Abstract Mammalian cardiomyocytes (CMs) in embryonic and neonatal hearts are proliferative, which allows for heart regeneration to occur. This proliferative capacity of CMs is lost shortly after birth and in the adult hearts CMs are largely post-mitotic, renewing at very low rates of less than 1% per year. The inability of adult CMs to proliferate, along with the absence of resident stem cells capable of robust generation of new CMs, limit the ability of adult mammalian hearts to self-repair following injury such as myocardial infarction (MI). Preliminary results from my CRISPR knockout screen in cultured neonatal rat CMs show that knockout of the gene adenosine deaminase (ADA-KO) results in robust cell cycle activation in both primary rodent and pluripotent stem cell-derived human CMs in vitro. Follow-up RNA sequencing analysis suggests that ADA-KO alters CM metabolism. As metabolic alterations have been shown to underlie the pro-proliferative actions of other known cardiac mitogens, my proposed studies will determine the metabolic and molecular signaling mechanisms governing ADA-KO mediated proliferation in human CMs. Additionally, I will test the in vitro effects of ADA-KO on injured engineered cardiac tissues (ECTs) made using polyploid human CMs, which we have shown to be resistant to division similarly to polyploid CMs in vivo. Furthermore, in proof-of-concept in vivo studies, I will test therapeutic efficacy of ADA-KO in the setting of myocardial infarction by AAV delivery of ADA-KO sgRNAs to transgenic mice with CM-specific Cas9 expression, followed by studies of cardiac proliferation and function. When completed, these cross-species in vitro and in vivo studies will provide better understanding of the roles of ADA in cardiac metabolism and regeneration and will create a basis for the development of novel gene therapies for cardiac regeneration.
抽象的 胚胎和新生儿心脏中的哺乳动物心肌细胞 (CM) 具有增殖能力,这使得心脏能够 发生再生。 CM 的这种增殖能力在出生后不久就会丧失,在成人心脏 CM 中 大部分是有丝分裂后的,更新率非常低,每年不到 1%。成人 CM 无法 增殖,加上缺乏能够强劲生成新 CM 的常驻干细胞,限制了 成年哺乳动物心脏在心肌梗塞(MI)等损伤后自我修复的能力。初步的 我在培养的新生大鼠 CM 中进行 CRISPR 敲除筛选,结果表明该基因的敲除 腺苷脱氨酶 (ADA-KO) 可导致原代啮齿动物和多能动物的细胞周期强劲激活 体外干细胞衍生的人类 CM。后续 RNA 测序分析表明 ADA-KO 改变 CM 代谢。由于代谢改变已被证明是其他已知促增殖作用的基础 心脏有丝分裂原,我提出的研究将确定代谢和分子信号传导机制 控制 ADA-KO 介导的人类 CM 增殖。另外,我会测试ADA-KO的体外效果 对使用多倍体人类 CM 制成的受损工程心脏组织 (ECT) 进行研究,我们已证明 与体内多倍体 CM 类似,具有抗分裂能力。此外,在体内概念验证研究中,我将 通过 AAV 递送 ADA-KO sgRNA 测试 ADA-KO 对心肌梗死的治疗效果 具有 CM 特异性 Cas9 表达的转基因小鼠,随后进行心脏增殖和功能的研究。 完成后,这些跨物种体外和体内研究将有助于更好地理解其作用 ADA 在心脏代谢和再生中的作用,将为新基因的开发奠定基础 心脏再生疗法。

项目成果

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