Forschungsbereich Gefäßmalformationen

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Dr. rer. nat. Robin Alexander Pilz

Arbeitsschwerpunkt

Zerebrale kavernöse Malformationen (CCM), auch kavernöse Angiome oder Kavernome genannt, bilden den Forschungsschwerpunkt der Arbeitsgruppe. Kavernome sind Blutgefäßfehlbildungen im venös-kapillären Gefäßbett des zentralen Nervensystems, deren Zahl und Größe mit steigendem Patientenalter zunehmen. Sie bestehen aus vergrößerten Endothelkanälen, denen stützende Perizyten und glatte Gefäßmuskelzellen fehlen.

Adaptiert nach: Rath et al., J Med Genet. 2020;57(3):212-216.

CCMs manifestieren sich gewöhnlich in der 2.-4. Lebensdekade mit rezidivierenden Kopfschmerzen, Krampfanfällen und Hirnblutungen. Kavernome treten sporadisch oder familiär mit autosomal-dominantem Erbgang auf. Erbliche Formen werden durch pathogene Varianten in drei Genen verursacht: CCM1/KRIT1, CCM2/OSM und CCM3/PDCD10. Man geht davon aus, dass die Kavernombildung bei Träger*innen einer pathogenen Keimbahnvariante durch die Inaktivierung des verbleibenden intakten Allels in vaskulären Endothelzellen des Gehirns ausgelöst wird (Abbildung). Die Prävalenz von symptomatischen familiären Kavernomen liegt bei etwa 1:5400 bis 1:6200.

 

Adaptiert nach: Rath & Schwefel et al., Cell Mol Life Sci. 2022;79(6):340.

In unserer Greifswalder Arbeitsgruppe wird das wissenschaftliche Konzept verfolgt, die Pathogenese hereditärer Gefäßfehlbildungen vom Gen über die Zelle bis hin zum Organismus aufzuklären. Hierfür werden unter anderem neueste Sequenziertechnologien (Long Read Sequencing) und die CRISPR/Cas9-vermittelte Genom-editierung eingesetzt. Durch die gezielte Inaktivierung von CCM1, CCM2 oder CCM3 in humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPSCs) und deren Differenzierung in Endothelzellen oder dreidimensionale Blutgefäßorganoide versuchen wir die Situation in Kavernomen bestmöglich nachzubilden.

 

Durch die Kombination dieser komplexen Zellkultur-odelle mit Live-Cell-Imaging, Substanzbibliotheken-Screenings sowie Bulk- und Einzelzell-RNA-Sequenzierungen konnten wir bereits neue Einblicke in zerebrale kavernöse Malformationen gewinnen. Beispielsweise konnte der Überlebensvorteil von Zellen nach Inaktivierung von CCM1, CCM2 oder CCM3 näher charakterisiert werden (Abbildung). Dies ermöglichte uns unter anderem, potentielle pharmakologische Wirkstoffe als neue therapeutische Behandlungsansätze zu identifizieren.

 

Drittmittelförderung

Drittmittelförderung

  • BMBF (161L0276, 2021-2024)
  • DFG (RA2876/2-2, 2020-2022)
  • DFG (RA2876/2-1, 2017-2020)
  • DFG (FE432/9-1, 2014-2017)
  • EnVision (FP7-REGPOT-2010, 2011-2014)
  • Bayerisches Genomforschungsnetzwerk (Molekulare Pathogenese hereditärer vaskulärer Malformationen des zentralen Nervensystems, 2006-2010).
  • Graduiertenkolleg 1048 „Molecular basis of organ development in vertebrates“ (Zebrafish as model organism for cerebral cavernous malformations, 2008-2010)

Teammitglieder

Teammitglieder

Prof. Dr. med. Ute Felbor

 

Dr. rer. nat. Robin Pilz

 

Dr. rer. nat. Dariush Skowronek

 

Dr. rer. nat. Christiane Much

 

Valeriia Saenko, M. Sc. (Doktorandin)

 

Till Page (Doktorand Medizin)

 

Barbara Sendtner (Doktorandin Medizin)

 

 

Ausgewählte Publikationen

Ausgewählte Publikationen

  • Skowronek D, Pilz RA, Saenko VV, et al. High-throughput Differentiation of human blood vessel organoids reveals overlapping and distinct functions of the cerebral cavernous malformation Proteins. BioRxiv (Preprint). 2024:12.04.626588. doi:10.1101/2024.12.04.626588
  • Pilz RA, Skowronek D, Ehresmann T, Felbor U, Rath M. Novel postzygotic RASA1 Mutation in a Patient with Parkes Weber Syndrome: A case report and literature review. Clin Case Rep. 2024;12(11):e9543. doi:10.1002/ccr3.9543
  • Pilz RA, Skowronek D, Mellinger L, Bekeschus S, Felbor U, Rath M. Endothelial Differentiation of CCM1 Knockout iPSCs Triggers the Establishment of a Specific Gene Expression Signature. Int J Mol Sci. 2023;24(4):3993. doi:10.3390/ijms24043993
  • Skowronek D, Pilz RA, Bonde L, et al. Cas9-Mediated Nanopore Sequencing Enables Precise Characterization of Structural Variants in CCM Genes. Int J Mol Sci. 2022;23(24):15639. doi:10.3390/ijms232415639
  • Pilz RA, Skowronek D, Hamed M, et al. Using CRISPR/Cas9 genome editing in human iPSCs for deciphering the pathogenicity of a novel CCM1 transcription start site deletion. Front Mol Biosci. 2022;9:953048. doi:10.3389/fmolb.2022.953048
  • Rath M, Schwefel K, Malinverno M, et al. Contact-dependent signaling triggers tumor-like Proliferation of CCM3 knockout endothelial cells in co-culture with wild-type cells. Cell Mol Life Sci. 2022;79(6):340. doi:10.1007/s00018-022-04355-6
  • Rath M, Pagenstecher A, Hoischen A, Felbor U. Postzygotic mosaicism in cerebral cavernous malformation. J Med Genet. 2020;57(3):212-216. doi:10.1136/jmedgenet-2019-106182
  • Schwefel K, Spiegler S, Kirchmaier BC, et al. Fibronectin rescues aberrant phenotype of endothelial cells lacking either CCM1, CCM2 or CCM3. FASEB J. 2020; 34: 9018– 9033. doi:10.1096/fj.201902888R
  • Schwefel K, Spiegler S, Much CD, Felbor U, Rath M. CRISPR/Cas9-mediated Generation of Human Endothelial Cell Knockout Models of CCM Disease. Methods Mol Biol. 2020;2152:169-177. doi:10.1007/978-1-0716-0640-7_13
  • Schwefel K, Spiegler S, Ameling S, et al. Biallelic CCM3 mutations cause a clonogenic survival advantage and endothelial cell stiffening. J Cell Mol Med. 2019;23(3):1771-1783. doi:10.1111/jcmm.14075
  • Pilz RA, Schwefel K, Weise A, et al. First interchromosomal insertion in a patient with cerebral and spinal cavernous malformations. Sci Rep. 2020;10(1):6306. doi:10.1038/s41598-020-63337-5
  • Moog U, Felbor U, Has C, Zirn B. Disorders Caused by Genetic Mosaicism. Dtsch Arztebl Int. 2020;116(8):119-125. doi:10.3238/arztebl.2020.0119
  • Skowronek D, Hebebrand M, Erber R, et al. Identification and characterization of a GLMN splice site variant in a family with glomuvenous malformations. Eur J Dermatol. 2020;30(2):179-181. doi:10.1684/ejd.2020.3716
  • Much CD, Schwefel K, Skowronek D, et al. Novel Pathogenic Variants in a Cassette Exon of CCM2 in Patients With Cerebral Cavernous Malformations. Front Neurol. 2019;10:1219. doi:10.3389/fneur.2019.01219
  • Spiegler S, Rath M, Much CD, Sendtner BS, Felbor U. Precise CCM1 gene correction and inactivation in patient-derived endothelial cells: Modeling Knudson's two-hit hypothesis in vitro. Mol Genet Genomic Med. 2019;7(7):e00755. doi:10.1002/mgg3.755
  • Pilz RA, Korenke GC, Steeb R, Strom TM, Felbor U, Rath M. Exome sequencing identifies a recurrent SOX2 deletion in a patient with gait ataxia and dystonia lacking major ocular malformations. J Neurol Sci. 2019;401:34-36. doi:10.1016/j.jns.2019.04.007
  • Rath M, Spiegler S, Strom TM, Trenkler J, Kroisel PM, Felbor U. Identification of pathogenic YY1AP1 splice variants in siblings with Grange syndrome by whole exome sequencing. Am J Med Genet A. 2019;179(2):295-299. doi:10.1002/ajmg.a.60700
  • Spiegler S, Rath M, Paperlein C, Felbor U. Cerebral Cavernous Malformations: An Update on Prevalence, Molecular Genetic Analyses, and Genetic Counselling. Mol Syndromol. 2018;9(2):60-69. doi:10.1159/000486292
  • Spiegler S, Rath M, Hoffjan S, et al. First large genomic inversion in familial cerebral cavernous malformation identified by whole genome sequencing. Neurogenetics. 2018;19(1):55-59. doi:10.1007/s10048-017-0531-7
  • Rath M, Korenke GC, Najm J, et al. Exome sequencing results in identification and treatment of brain dopamine-serotonin vesicular transport disease. J Neurol Sci. 2017;379:296-297. doi:10.1016/j.jns.2017.06.034
  • Rath M, Jenssen SE, Schwefel K, et al. High-throughput sequencing of the entire genomic regions of CCM1/KRIT1, CCM2 and CCM3/PDCD10 to search for pathogenic deep-intronic splice mutations in cerebral cavernous malformations. Eur J Med Genet. 2017;60(9):479-484. doi:10.1016/j.ejmg.2017.06.007
  • Rath M, Spiegler S, Nath N, et al. Constitutional de novo and postzygotic mutations in isolated cases of cerebral cavernous malformations. Mol Genet Genomic Med. 2016;5(1):21-27. Published 2016 Dec 20. doi:10.1002/mgg3.256
  • Spiegler S, Kirchmaier B, Rath M, et al. FAM222B Is Not a Likely Novel Candidate Gene for Cerebral Cavernous Malformations. Mol Syndromol. 2016;7(3):144-152. doi:10.1159/000446884
  • Spiegler S, Najm J, Liu J, et al. High mutation detection rates in cerebral cavernous malformation upon stringent inclusion criteria: one-third of probands are minors. Mol Genet Genomic Med. 2014;2(2):176-185. doi:10.1002/mgg3.60
  • Wüstehube J, Bartol A, Liebler SS, et al. Cerebral cavernous malformation protein CCM1 inhibits sprouting angiogenesis by activating DELTA-NOTCH signaling. Proc Natl Acad Sci U S A. 2010;107(28):12640-12645. doi:10.1073/pnas.1000132107
  • Pagenstecher A, Stahl S, Sure U, Felbor U. A two-hit mechanism causes cerebral cavernous malformations: complete inactivation of CCM1, CCM2 or CCM3 in affected endothelial cells. Hum Mol Genet. 2009;18(5):911-918. doi:10.1093/hmg/ddn420
  • Voss K, Stahl S, Hogan BM, et al. Functional analyses of human and zebrafish 18-amino acid in-frame deletion pave the way for domain mapping of the cerebral cavernous malformation 3 protein. Hum Mutat. 2009;30(6):1003-1011. doi:10.1002/humu.20996
  • Stahl S, Gaetzner S, Voss K, et al. Novel CCM1, CCM2, and CCM3 mutations in patients with cerebral cavernous malformations: in-frame deletion in CCM2 prevents formation of a CCM1/CCM2/CCM3 protein complex. Hum Mutat. 2008;29(5):709-717. doi:10.1002/humu.20712

GfH-Posterpreis 2019 für Dr. Konrad Schwefel

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