Molekulare Signaturen genetischer Herzmuskelerkrankungen entschlüsselt

Je nach Schweregrad genetisch bedingter Herzmuskelerkrankungen weisen betroffene Patientinnen und Patienten charakteristische Muster der Genaktivität im Herzgewebe auf. Moderne molekularbiologische Verfahren ermöglichen es mittlerweile, die Genablesung auf Einzelzellebene hochauflösend zu vermessen. Forschende gewinnen dadurch nicht nur präzise Daten über die zelluläre Zusammensetzung des pathologischen Gewebes, sondern auch über das spezifische Verhalten einzelner Zelltypen im Krankheitsverlauf. Dies belegt eine aktuelle internationale Studie unter Beteiligung von Professor Dr. Hendrik Milting und seinem Team.

In Zusammenarbeit von Wissenschaftler:innen aus Deutschland, Großbritannien, Kanada und den USA wurden die biologischen Signalwege einer der häufigsten Formen von Herzmuskelerkrankungen identifiziert und in einer detaillierten molekularen Karte zusammengefasst.

Molekulare Phänotypisierung von HCM und DCM

Herzmuskelerkrankungen manifestieren sich in unterschiedlichen klinischen Phänotypen, primär als hypertrophe Kardiomyopathie (HCM) und dilatative Kardiomyopathie (DCM). Die HCM ist durch eine Hypertrophie und Stiffening des Myokards gekennzeichnet und stellt die häufigste genetische Herzerkrankung dar. Diese kann insbesondere bei jungen Menschen zum plötzlichen Herztod führen oder langfristig eine Herzinsuffizienz auslösen.

Für die Studie analysierten die Forschenden Herzgewebe von HCM-Patienten mittels Einzelkern-RNA-Sequenzierung (single-nucleus RNA sequencing, snRNA-seq). Dabei lag der Fokus auf den Genexpressionsprofilen der Kardiomyozyten. Die Datensätze wurden mit Kontrollgeweben herzgesunder Probanden sowie Proben von DCM-Betroffenen verglichen.

„Im Vergleich der zellulären und molekularen Merkmale mit den Daten herzgesunder Probanden zeigen sich signifikante Unterschiede, ebenso wie beim Vergleich mit Herzgewebe von Betroffenen mit dilatativer Kardiomyopathie“, erläutert Professor Milting.

KI-gestützte Einzelzell-Analyse von knapp einer Million Kardiomyozyten

Mithilfe KI-gestützter Algorithmen dokumentierte das Forschungsteam die Expressionsprofile aktiver Gene von nahezu einer Million Herzzellen. Das auf den Transkriptomdaten der Kardiomyozyten trainierte KI-Modell zeigte eine hohe Vorhersagekraft bezüglich des Erkrankungsstadiums und konnte präzise zwischen Früh- und Endstadien differenzieren. Die hochauflösende molekulare Kartierung über verschiedene Stadien und genetische Subtypen hinweg dient nun als Referenz für die weiterführende mechanistische Forschung.

„Wir beginnen zu verstehen, warum Patientinnen und Patienten mit genetisch bedingter HCM weniger Herzmuskelzellen aufweisen als gesunde Menschen und warum bestimmte Erkrankungsformen mit Herzrhythmusstörungen und der Bildung von Narbengewebe in Zusammenhang stehen“, sagt Milting. Die Analysen liefern neue Einblicke in die biologischen Kaskaden des Progresses genetischer Kardiomyopathien und schaffen die Basis für neuartige diagnostische und therapeutische Ansätze.

Quelle

Herz- und Diabeteszentrum NRW (10/2026)