Developing a Gene Editing Strategy to Target the COL1A1 Promoter: Significance for Fibrotic Disorders and Pioneering Beyond the Boundaries of CRISPRi System

Daliri, Karim (2024). Developing a Gene Editing Strategy to Target the COL1A1 Promoter: Significance for Fibrotic Disorders and Pioneering Beyond the Boundaries of CRISPRi System. PhD thesis, Universität zu Köln. Open Access

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Abstract

CRISPR-Cas9 gene editing is a promising therapy for pathogenic mutations, but current editing approaches are mainly aimed at relatively small groups of patients with specific mutations. Here, we introduce a new application of gene editing to develop an antifibrotic strategy that could potentially be used to address a wide range of organs with fibrosis. In our research on adenine base editing, we successfully targeted the CCAAT box inside the promoter of Col1a1gene promoter in fibroblasts to substitute a twin adenine (AA) with guanine (GG). This innovative modification led to reduction in collagen indicating the precision and efficiency of our editing approach.To assess the broader implications of this intervention; we employed high-throughput multi-omics technologies. Through transcriptomics (RNA-seq) and proteomics (tandem mass spectrometry), we aimed to evaluate our gene editing approach on the molecular signature. Notably, our investigation revealed that the reduction in Col1a1 expression influencing in PI3K-Akt signalling pathway which is linked with various organ fibrosis such as liver, kidney, lung and heart. This suggests the specificity and efficacy of our editing approach for possible antifibrosis goals. By targeting CCAAT promoter region, our method presents a versatile alternative to the CRISPR interference (CRISPRi) system. This addresses its key drawbacks, such as reversible and transient outcomes, which are suboptimal especially in the context of therapeutic applications where permanent cure is desired. Col1a1 promoter editing may thus represent a permanent and optimal therapeutic strategy across diverse fibrotic disorders.

Item Type:

Thesis (PhD thesis)

Translated title:

Title	Language
Entwicklung einer Genbearbeitungsstrategie zur gezielten Ansteuerung des COL1A1-Promotors: Bedeutung für fibrotische Erkrankungen und Pionierarbeit über die Grenzen des CRISPRi-Systems hinaus.	German

Translated abstract:

Abstract

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Zusammenfassung Die CRISPR-Cas9-Geneditierung ist eine vielversprechende Therapie für pathogene Mutationen, aber die derzeitigen Ansätze zielen hauptsächlich auf relativ kleine Patientengruppen mit spezifischen Mutationen ab. In dieser Arbeit stellen wir eine neue Anwendung der Geneditierung vor, um eine antifibrotische Strategie zu entwickeln, die potenziell für eine breite Palette von Organen mit Fibrose eingesetzt werden könnte. In unserer Forschung zur Adenin-Baseneditierung haben wir erfolgreich die CCAAT-Box im Promotor des Col1a1-Gens in Fibroblasten angesteuert, um ein doppeltes Adenin (AA) durch Guanin (GG) zu ersetzen. Diese innovative Modifikation führte zu einer Verringerung des Kollagens, was die Präzision und Effizienz unseres Editing-Ansatzes belegt. Um die breiteren Auswirkungen dieses Eingriffs zu beurteilen, haben wir genomweite Multi-Omics-Technologien eingesetzt. Mittels Transkriptomik (RNA-Seq) und Proteomik (Tandem-Massenspektrometrie) wollten wir unseren Geneditierungsansatz auf die molekulare Signatur hin untersuchen. Interessanterweise ergab unsere Untersuchung, dass die reduzierte Col1a1-Expression den PI3K-Akt-Signalweg beeinflusst, der mit verschiedenen Organfibrosen wie Leber-, Nieren-, Lungen- und Herzfibrose in Verbindung steht. Dies deutet auf die Spezifität und Wirksamkeit unseres Editing-Ansatzes für mögliche antifibrotische Ziele hin. Mit der gezielten Bearbeitung der CCAAT-Promotorregion stellt unsere Methode eine vielseitige Alternative zum CRISPR-Interferenz(CRISPRi)-System dar. Sie behebt dessen entscheidende Nachteile, wie reversible und transiente Effekte, die im Kontext therapeutischer Anwendungen, wo eine dauerhafte Heilung angestrebt wird, suboptimal sind. Die Bearbeitung des Col1a1-Promotors könnte daher eine dauerhafte und optimale therapeutische Strategie für verschiedene fibrotische Erkrankungen darstellen.

German

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